單片機(jī)電子琴制作16按鍵

1、(總12頁)機(jī)電子琴制作16按鍵-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 1CAL本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪賒單片機(jī)原理課程設(shè)計說明書專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化班級：11-2學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：日期:單片機(jī)原理課程設(shè)計評閱書題目電子琴學(xué)生姓名學(xué)號 052指導(dǎo)教師評語及成績指導(dǎo)教師簽名：年 月 日答辯評語及成績答辯教師簽名：年 月 日教研室意見總成績：室主任簽名：年月日摘 要本文設(shè)計了一種基于STC12C5A32S2單片機(jī)的電子琴電路。該方案利用單片機(jī)定 時器產(chǎn)生固定頻率的方波信號以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出一定的旋律，通過矩陣鍵盤中的相應(yīng) 的按鍵來輸入使蜂鳴器發(fā)出相對音

2、階的單音。同時設(shè)計還有自動存儲所輸入的單音， 之后再一起自動演奏出來的功能。本設(shè)計通過控制單片機(jī)定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖，經(jīng)三極管放 大信號后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出不同音節(jié)的聲音。要實(shí)現(xiàn)7個音符的各自的高、中、低音， 需要建立三個表，分別存儲高音、中音和低音的頻率值；默認(rèn)為中音輸出，當(dāng)二個按 鍵開關(guān)中某一個按下，通過軟件選擇相應(yīng)的音頻。按下彈奏鍵就可彈奏出不同的聲 音。另外用軟件延時來控制發(fā)音時間的長短，來控制節(jié)拍。通過把樂譜中的音符和相 應(yīng)的節(jié)拍變換為定時常數(shù)和延時常數(shù)，作為數(shù)據(jù)表格存放在存儲器中。山程序査表得 到定時常數(shù)和延時常數(shù)，分別用來控制定時器產(chǎn)生的脈沖頻率和發(fā)出該音頻脈沖的持

3、 續(xù)時間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)樂曲的演奏。本設(shè)計為實(shí)物電路板設(shè)計開發(fā)，報告中詳細(xì)的闡述了電子琴設(shè)汁的方法和過程。 并經(jīng)過軟硬件的調(diào)試，該音樂發(fā)生器不但能通過鍵盤彈奏出很好的音調(diào)，而且還可以 通過鍵盤選擇播放不同的音樂。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價 比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價值。關(guān)鍵詞：STC12C5A32S2單片機(jī) 定時器 電子琴摘要錯誤!未定義書簽。第一章引言錯誤!未定義書簽。第一章電子琴電路硬件電路設(shè)訃錯誤!未定義書簽。單片機(jī)的介紹與組成錯誤!未定義書簽。單片機(jī)主控電路錯誤!未定義書簽。4X4矩陣鍵盤電路錯誤!未定義書簽。蜂鳴器電路錯誤!未定義書簽

4、。第三章電子琴電路軟件設(shè)計錯誤!未定義書簽。程序設(shè)計流程圖錯誤!未定義書簽。音兀播放部分錯誤!未定義書簽。電子琴彈奏部分錯誤!未定義書簽。發(fā)音原理錯誤!未定義書簽。第四章程序錯誤!未定義書簽。心得體會錯誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。附件錯誤!未定義書簽。第一章引言隨著計算機(jī)在社會各領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動 著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、家電以及玩具的日新月異更新，極大地提高了電子電路及系統(tǒng) 設(shè)計質(zhì)量和效率。單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大 部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總

5、線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接 口、定時器，實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)其至可以將聲音、圖 像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器(Microcontroler),是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)山芯片內(nèi)僅有CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯 片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。STC單片機(jī)是一款增強(qiáng)型51單片機(jī)，完全兼容MCS-51o STC12C5A32S2可以代替 AT89C51,而且功能更強(qiáng)，速度更快，壽命更長，價格更低。該單片

6、機(jī)具有40個引 腳，采用雙列直插式封裝?？梢酝瓿蒊SP在線編程功能。本設(shè)計是以主控芯片STC12C5A32S2為中心器件，輔以小鍵盤、發(fā)光二極管、和 蜂鳴器電路來設(shè)計電子琴系統(tǒng)，同時詳細(xì)論述了該系統(tǒng)的設(shè)計過程及關(guān)鍵技術(shù)。第二章電子琴硬件電路設(shè)計51單片機(jī)的介紹與組成51單片機(jī)是對所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的 始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了 長足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89 系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今

7、后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī)，還是應(yīng) 用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。組成：8位CPU4kbytes程序存儲器（ROM） （52為8K） 128bytes 的數(shù)據(jù)存儲器（RAM） （52 有 256bytes 的 RAM）32條I/O 口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個專用寄存器2個可編程定時/計數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級（52有6個）一個全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB外部程序存儲器尋址空間為64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝單一+5V電源供電CPU：山運(yùn)算和控制邏輯組成，同時

8、還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O 口：四個8位并行I/O 口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式； 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART （通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單 片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M單片機(jī)主控電路圖6單片機(jī)復(fù)位電路該電路采用的是STC12C系列的單片機(jī)，此系列單片機(jī)是宏晶科

9、技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8031單片機(jī)，指令代碼完 全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。資源豐富。復(fù)位電路采用的是按鍵手動復(fù)位。時鐘電路釆用的是12M晶振，用內(nèi)部振蕩器。4X4矩陣鍵盤電路圖3矩陣鍵盤電路矩陣鍵盤共有16個按鍵，其中sl-s7分別是中音的do-ti控制鍵，S8-S14分 別是高音的do-ti的控制鍵，而S15和S16則是音樂的播放和控制鍵。占用單片機(jī) 的 P1 口。蜂鳴器電路圖4蜂鳴器電路蜂鳴器電路主要是系統(tǒng)的發(fā)音電路。用PNP三極管8550來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。第三章電子琴電路軟件設(shè)計程序流程圖TO初始化并開中斷允放TO識別按鍵功根據(jù)

10、按鍵功能，裝入音符T值到啟動TO工作逐式鍵盤沽融殛停止TO工作TO中斷入口1重裝THO, TLO初取反工中斷返回音樂播放部分音樂實(shí)際上是固定周期的信號。本系統(tǒng)是用AT89S52的定時器控制，在腳上輸 出方波周期信號，產(chǎn)生音樂。樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符 的時間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個 表，然后山查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。在輸出 中我們用蜂鳴器及其驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)發(fā)聲。電子琴彈奏部分本系統(tǒng)設(shè)置了 16個按鍵，其中三個按鍵為高音、中音、低音的選擇按鍵，其余 為發(fā)音按鍵，按下不同的按鍵產(chǎn)生不同的音符，通過按鍵

11、時間的長短控制發(fā)音的長 短，這樣彈奏人員可以隨心所欲的彈奏自己所喜愛的樂曲。電子琴彈奏實(shí)際上就是把 每個按鍵所對應(yīng)的值經(jīng)過處理后發(fā)給單片機(jī)，再在單片機(jī)內(nèi)把數(shù)字當(dāng)作指針指向所對 應(yīng)的音符。我們運(yùn)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，用P2 口的低三位作高音、中音、低音的選 擇按鍵的接口，用P1 口的低七位作發(fā)音按鍵的接口。具體發(fā)音原理一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就 可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于單片機(jī)來產(chǎn)生 不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器TO來產(chǎn)生這樣方波頻率信 號，因此，我們只要把各個音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。若要產(chǎn)

12、生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2, 即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當(dāng)計時終止后就將蜂鳴器端口反 相，然后重復(fù)計時再反相。就可在該引腳上得到此頻率的脈沖實(shí)現(xiàn)發(fā)音。利用AT89S52的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（MODE1）下，改變計數(shù)初值 THO及TLO以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz,其周期T = 1/523 = 1912 P s,因此只要令計數(shù)器計時956 u s/1 u s=956,每計數(shù)956次時將I/O 反相,就可得到中音DO （523Hz）。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：N=fi4-24-fr式中，'是計

13、數(shù)值；fi是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為 1MHz） ； fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計數(shù)初值T的求法如下：T = 65536?<=65536 fi*2Ffr例如：設(shè) K=65536, fi = lMHz,求低音 DO (261Hz)、中音 DO (523Hz)、高音 DO (1046Hz)的計數(shù)值。T = 65536-N=65536-fi4-24-fr= 65536-1000000 4-2 4-fr = 65536-500000/fr低音 DO 的 T = 65536 50000/262 = 63628中音 DO 的 T = 65536 50000/523 = 64580高

14、音 DO 的 T = 65536-50000/1046 = 65058因此，可以通過訃算求得各音階的簡譜碼T值如下：1 Do 的 T = 65536 50000/=636282 Re 的 T = 65536 50000/=638363 Mi 的 T=65536 - 50000/=640214 Fa 的 T = 65536 50000/=641045 So 的 T = 65536 - 50000/=642616 La 的 T = 65536 - 50000/=644007 Si 的 T=65536 - 50000/=64524相應(yīng)求得在要發(fā)出不同音符時先給定時器T0裝入的初值如下表:音階1 Do2 Re3 Mi4 Fa5 So6 La：Si頻