簡易電子琴課程設計報告

1、課程設計報告課程設計報告課程名稱： 單片機課程設計 題 目： 簡易電子琴 學 院： 物理與電子信息學院 專 業(yè)： 電子科學與技術 班 級： 12 電子 學 號： 120803020 學生姓名： 李燾 指導老師： 劉小燕 - 1 -摘要摘要單片機具有體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等的優(yōu)點，故廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域目前單片機已用于工業(yè)控制、機電一體化設備、儀器儀表、信號處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設備、醫(yī)療設備及家用電器等各個領域，隨著單片機性能的不斷提高，它的應用將會更加廣泛。單片機技術發(fā)展非常快，所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術先進、操作簡便、安全可靠、價格合理等方面進行仔細

2、研究，精心設計；及時掌握最新的單片機技術，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機技術來研制其應用系統(tǒng)，再利用單片機體積小、價格低、功能強等特點，以保證所設計的產(chǎn)品在未來的一段時間內仍具生命力。AT89C51 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器,使用經(jīng)典的 MCS-51 內核。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C51 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。單片機又稱微控制器，其中最基本的結構是將 CPU 和計算機外圍功能單元，如儲存器、I/O 口、定時

3、器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個芯片上構成的。 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的延時來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確即可。本設計采用 AT89C52 芯片組成的最小系統(tǒng)，結合四位共陰數(shù)碼管，八位獨立按鍵，以及一位無源蜂鳴器構成的簡易電子琴。通過軟件設置，使系統(tǒng)達到，按下控制按鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si，Do-H，八個簡單的音調，同時數(shù)碼管顯示相應按鍵的標號，達到簡易電子琴系統(tǒng)

4、功能的實現(xiàn)。- 1 -目目 錄錄一、設計任務、要求一、設計任務、要求.- 1 -1.1、設計任務：、設計任務：.- 1 -1.21.2、設計要求：、設計要求：.- 1 -二、方案總體設計二、方案總體設計.- 1 -2.12.1、顯示模塊、顯示模塊.- 1 -2.22.2、按鍵模塊、按鍵模塊.- 1 -2.32.3、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊.- 1 -2.42.4、總體設計：、總體設計：.- 2 -三、三、 硬件設計硬件設計.- 2 -3.13.1、最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng).- 2 -3.1.1、時鐘信號的產(chǎn)生.- 2 -3.1.2、復位電路.- 3 -3.23.2、數(shù)碼管顯示模塊、數(shù)碼

5、管顯示模塊.- 3 -3.2.1、數(shù)碼管引腳圖.- 3 -3.2.2、數(shù)碼管連線電路.- 4 - 2 -3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤.- 4 -3.43.4、蜂鳴器電路、蜂鳴器電路.- 5 -3.53.5、整體電路、整體電路.- 5 -四、四、 程序流程圖程序流程圖.- 6 -五、系統(tǒng)仿真與調試五、系統(tǒng)仿真與調試.- 7 -5.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介.- 7 -5.25.2、調試與仿真過程圖、調試與仿真過程圖.- 7 -5.35.3、實物圖、實物圖.- 8 -5.45.4、使用說明、使用說明.- 10 -六、總結、心得體會六、總結、心得體會.- 12 -七、七、 參考文獻參考文獻.

6、- 13 - 3 -一、設計任務、要求一、設計任務、要求1.1、設計任務：、設計任務：利用 51 單片機最小系統(tǒng)，共陰數(shù)碼管，無源蜂鳴器以及獨立按鍵，設計實現(xiàn)可發(fā)出八個基本音階的簡易電子琴系統(tǒng)。1.21.2、設計要求：、設計要求：1、蜂鳴器可發(fā)出八個簡單音階。2、八位獨立按鍵分別控制不同的音階產(chǎn)生。3、四位數(shù)碼管依據(jù)所按按鍵，在不同的數(shù)碼管上顯示不同的數(shù)字。4、通過按鍵實現(xiàn)系統(tǒng)復位。二、方案總體設計二、方案總體設計本次設計簡易電子琴，通過 AT89C52 芯片最小系統(tǒng)控制電路，以八位獨立按鍵控制，蜂鳴器產(chǎn)生八個不同的音階，四位共陰數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，獨立按鍵控制復位。將不同模塊結合起來，實現(xiàn)

7、簡易電子琴的設計。2.12.1、顯示模塊、顯示模塊本設計采用四位數(shù)碼管顯示，每位數(shù)碼管分別由八位發(fā)光二極管組成。數(shù)碼管可分為共陰和共陽兩種，通過不同的位選操作驅動不同的數(shù)碼管顯示，再通過不同的段選點亮不同的發(fā)光二極管，達到顯示不同數(shù)字的功能。2.22.2、按鍵模塊、按鍵模塊八位獨立按鍵，通過 P2 口控制音階的產(chǎn)生和數(shù)碼管顯示，按下響應的鍵產(chǎn)生設定的聲音點亮對應的數(shù)碼管。2.32.3、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊蜂鳴器可分為兩種，分別為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器注意，這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內部帶震蕩源，所以只要一通電就會叫。而無源內部不帶震蕩源，所以如

8、果用直流信號無法令其鳴叫。必須用 2K5K 的方波去驅動它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震蕩電路。 無源蜂鳴器的優(yōu)點是： 1。便宜 2。聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果 3。在一些特例中，可以和 LED 復用一個控制口。有源蜂鳴器的優(yōu)點是：程序控制方便樂曲中不同的音符，實質就是不同頻率的聲音。通過單片機產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信號，經(jīng)過放大電路，由蜂鳴器放出，就產(chǎn)生了美妙和諧的樂曲。(1)單片機產(chǎn)生不同頻率脈- 4 -沖信號的原理： 要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/頻率） ，然后將此周期除以 2，即為半周期的時間，利用定時器或延時函數(shù)計時這個半周期的時間，每當

9、計時到后就將輸出脈沖的 I/O 反相，然后重復計時此半周期的時間再對 I/O 反相，就可以在 I/O 腳上得到此頻率的脈沖。例如：要產(chǎn)生 1KHZ 的頻率，則半周期為 0.5ms，則 P35 所送出的信號中，0.5ms 為高電平，0.5ms 為低電平。若 0.5ms 高電平與 0.5ms 為低電平為一組信號（總共 1ms） ，連續(xù)送出 100 組，則可得到 1KHZ 的聲音約 0.1s:停止輸出 0.1s 之后，在連續(xù)送出 100 組高低電平，則可聽到“嗶，嗶”兩聲。通過改變頻率，控制產(chǎn)生不同的方波，就可以產(chǎn)生不同的音階。使用無源蜂鳴器，通過內部程序延時產(chǎn)生不同頻率的方波，使蜂鳴器產(chǎn)生八個基本

10、的音階 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si，Do-H。l 按鍵與參數(shù)的對照表按鍵音階參數(shù)S1中音 Do115S2中音 Re102S3中音 Mi91S4中音 Fa86S5中音 So77S6中音 La68S7中音 Si61S8高音 Do57 圖 2-1 音階參數(shù)對應圖2.42.4、總體設計、總體設計：設計總體框架圖如圖 2-1 所示。 圖 2-2 總體框架圖- 5 -3 3、硬件設計硬件設計 3.13.1、最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng)3.1.13.1.1、時鐘信號的產(chǎn)生、時鐘信號的產(chǎn)生89C52 芯片內部有一個高增益法相放大器，用于構成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端

11、跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自己振蕩器，電路如圖 3-1 所示。圖圖 3-13-1晶振電路晶振電路3.1.23.1.2、復位電路、復位電路復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式，本設計采用按鍵電平復位，結構如圖 3-2 所示。圖圖 3-23-2復位電路復位電路- 6 -3.23.2、數(shù)碼管顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊3.2.13.2.1、數(shù)碼管引腳圖、數(shù)碼管引腳圖圖圖 3-33-3四位八段共陰極數(shù)碼管四位八段共陰極數(shù)碼管3.2.23.2.2、數(shù)碼管連線電路、數(shù)碼管連線電路本設計中是用 P1 口低四位接 1k 的電阻控制數(shù)碼管的位選，用 P0 口接 1k 的上拉排阻控制數(shù)碼管的段選。

12、連線電路圖：圖圖 3-43-4數(shù)碼管連線電路圖數(shù)碼管連線電路圖- 7 -3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤本設計采用八位獨立按鍵，通過 P2 口控制，按鍵序號及接線圖如下圖所示：圖圖 3-53-5獨立鍵盤連線電路圖獨立鍵盤連線電路圖3.43.4、蜂鳴器電路、蜂鳴器電路本課程設計使用的蜂鳴器是無源蜂鳴器，通過程序控制產(chǎn)生不同頻率的方波送給蜂鳴器，驅動蜂鳴器蜂鳴器發(fā)出相應頻率的聲音，驅動電路如下圖所示：- 8 -圖圖 3-63-6蜂鳴器連線電路圖蜂鳴器連線電路圖3.53.5、整體電路、整體電路 圖 3-7 整體電路圖 圖 3-8 PCB 電路圖4 4、程序流程圖程序流程圖程序流程圖如 4-1 所示

13、- 9 - 圖 4-1 程序流程圖五、系統(tǒng)仿真與調試五、系統(tǒng)仿真與調試5.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介本次設計使用 Proteus ISIS 仿真軟件進行調試。P r o t e u s I S I S 是英國 L a b c e n t e r 公司開發(fā)的電路設計、分析與仿真軟件，功能極其強大。該軟件的主要特點是： 集原理圖設計、仿真分析（I S I S) 和印刷電路板設計（A R E S) 于一身?？梢酝瓿蓮睦L制原理圖、仿真分析到生成印刷電路板圖的整個硬件開發(fā)過程。 提供幾千種電子元件（分立元件和集成電路、模擬和數(shù)字電路）的電路符號、仿真模型和外形封裝。 支持大多數(shù)單片機系統(tǒng)以及各種外圍

14、芯片（R S 2 3 2 動態(tài)仿真、I 2 C 調試器、S P I 調試器、鍵盤和 L C D 系統(tǒng)仿真等）的仿真。 提供各種虛擬儀器，如各種測量儀表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。過去需要昂貴的電子儀器設備、繁多的電子元件才能完成的電子電路、單片機等實驗，5.25.2、調試與仿真過程圖、調試與仿真過程圖- 10 -XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P

15、1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C230pFC330pFX1C110uR11kR2100234567891RP1RESPACK-8Q1PNPR810kR910kR1010kLS1SPEAKER XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD

16、039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C230pFC330pFX1C110uR11

17、kR2100234567891RP1RESPACK-8Q1PNPR810kR910kR1010kLS1SPEAKER 圖 5-1 仿真調試圖5.45.4、使用說明、使用說明按鍵分布圖蜂鳴器模塊- 11 -圖 5-5 按鍵分布按下 0 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 0；按下 1 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Re 的音階，第二位數(shù)碼管顯示 1；按下 2 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Mi 的音階，第三位數(shù)碼管顯示 2；按下 3 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Fa 的音階，第四位數(shù)碼管顯示 3；按下 4 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 So 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 4；按按下 5 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 La 的音階，第二位數(shù)碼管

18、顯示 5；按下 6 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Si 的音階，第三位數(shù)碼管顯示 6；按下 7 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do-H 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 7.六、總結、心得體會六、總結、心得體會在這次課程設計中，由剛開始時的手足無措不知從何下手，到過程中電路設計，程序編寫，調試模擬，腐蝕電路板，做出實物，實物調試。一步一步收獲了很多。剛開始的幾天，面對要把課本上的單片機做出實物，并且實現(xiàn)一定的功能就讓動手實踐能力不佳的我很犯難。尤其是在選擇課題上，怕選的太難實現(xiàn)不了功能，選的太簡單沒有挑戰(zhàn)性，但是最終還是選擇了簡易電子琴這個設計課題。選定課題后，第一步各種查資料，查音階的產(chǎn)生原理，數(shù)碼管的引腳分布，蜂鳴器的發(fā)

19、聲原理等等。畫電路板找元件到生成 PCB 板，調節(jié)各個元件的位置，選擇封裝形式，處理飛線等等。最開始 PCB 的圖就做了三次，選錯封裝，飛線太多，一步一步慢慢學著讓自己的板子看起來更合理。收獲了很多但是最后還是由于粗心忘記加電源和底線的孔。程序的編寫可能是這次課設中對我來說最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)了，程序的編寫不但需要一定的 c 語言的基礎還需要把單片機的各種功能和引腳知識結合起來，程序的編寫剛開始是錯誤加警- 12 -告滿篇，查資料問同學，一步一步改。先是模仿書上的程序調試，然后是查資料。把課設的功能分為好幾個模塊，一個模塊一個模塊的通過編程實現(xiàn)，然后相互加在一起通過一定的邏輯實現(xiàn)了最后的功能。當然

20、調試中，也遇到了很多的麻煩，按鍵不能起到控制作用，數(shù)碼管亮度太低，引腳底座被焊壞，用萬用表一條條的查線路，查引腳，按鍵，直到最后功能的全部實現(xiàn)。這次課設真的讓我收獲很多，從硬件到軟件，沒有經(jīng)驗欠缺很多知識，雖然這個簡易電子琴真的不難，但是從設計構想到實物的功能實現(xiàn)，還是花費了不少心血。做設計不但要有豐厚的知識做后盾，還要細心耐心，有很好的動手能力，才能取得最后成功。而我在這些方面還差的很多，這次課設在讓我鍛煉和收獲的同時，也讓我明白了自己還有很多的東西要學要做。最后感謝課設過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。7 7、參考文獻參考文獻【1】李朝青 單片機原理及接口技術 北京航天大學出版社【2】楊長興

21、C+程序設計 中國鐵道出版社【3】張義和 例說 51 單片機 人民郵電出版社 八八, ,源程序源程序/*- 簡易電子琴-*/#include /#define Duanxuan P0#define Weixuan P1#define SW_Port P2sbit buzzer=P35;unsigned char keys;/*聲明音階數(shù)組 Do Re Mi Fa So la Si Do_H*/unsigned char code tone8=115,102,91,86,77,68,61,57;unsigned char code TAB8=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07;unsigned char code CAB8=0 xfe,0 x