C51課程設(shè)計(jì)電子琴

1、 . . . C51程序設(shè)計(jì)課程報(bào)告電子琴學(xué) 院：班 級：學(xué) 號：19 / 21摘要:隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電子琴在人們生活中將扮演著越來越重要的角色，它改善人們的生活，給人們帶來快樂和冶人的情操。電子琴，它是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器，電子琴采用控制功能強(qiáng)大的微處理技術(shù)和電子技術(shù)，使它融入現(xiàn)代人的生活中，成為不可或缺的一部分。本設(shè)計(jì)在充分了解音樂音階基礎(chǔ)上，以AT89S51單片機(jī)作為核心控制器件而設(shè)計(jì)的，以這款單片機(jī)作為主控核心，通過程序控制與鍵盤，運(yùn)放電路，揚(yáng)聲器等電路組成電子琴的基本單元，本文設(shè)計(jì)的電子琴，采用十六鍵技術(shù)，模擬了市場上電子琴的基本

2、功能?？梢杂脧椬喑龊唵蔚臉非?；彈奏電子琴時(shí)能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時(shí)可以播放置音樂。本設(shè)計(jì)給出了電子琴的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，電路組成與程序流程并對電子琴可行性模擬仿真，Proteus試驗(yàn)仿真表明本文設(shè)計(jì)的電子琴運(yùn)行穩(wěn)定，電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。在本文設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，功能可以延伸和拓展，由于是程序控制，電子琴升級方便，具有很強(qiáng)的市場推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：AT89S51，電子琴，Proteus仿真，音階目錄一 設(shè)計(jì)背景2二 設(shè)計(jì)目的和要求21設(shè)計(jì)目的22.設(shè)計(jì)要求3三 設(shè)計(jì)原理31. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器原理32.中斷控制33.七段數(shù)碼管44.矩陣式鍵盤的識(shí)別和

3、顯示6四 設(shè)計(jì)組成71.設(shè)計(jì)的模塊組成72.設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)流程7五 設(shè)計(jì)的電路原理圖8六 本實(shí)驗(yàn)的C語言程序9七 仿真和調(diào)試141.仿真結(jié)果142.調(diào)試過程15八 實(shí)驗(yàn)成果和心得151.實(shí)驗(yàn)成果152.心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)：17一 設(shè)計(jì)背景隨著人們生活水平的提高和電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品融入到人們的生活當(dāng)中，電子琴也不例外，它作為一種冶人們情操，給人們生活增添樂趣的一種樂器，在生活中扮演比較重要的角色，逐步成為人們生活當(dāng)中的一部分。電子琴本身是一種敲擊樂器，通過敲擊不同按鍵，由于音階不同而發(fā)出不同聲響，給人們的帶來快樂，音階的控制和聲音大小是通過微控制器和電子電路實(shí)現(xiàn)的。簡易電子

4、琴結(jié)構(gòu)組成： 電子樂器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 音源是由晶體管產(chǎn)生電振動(dòng)，并通過音色回路而產(chǎn)生各種音色；同時(shí)由周波數(shù)調(diào)制產(chǎn)生顫音效果，由振 幅調(diào)制產(chǎn)生各種樂器的音效。 樂器特色：屬于電子樂器，發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長音、震 音和顫音等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。簡易電子琴是電聲樂隊(duì)的中堅(jiān)力量，常用于獨(dú)奏主旋律并伴以豐富的和

5、聲。 還常作為獨(dú)奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時(shí)，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時(shí)，失真度更大，還需要不斷改進(jìn)。本設(shè)計(jì)在充分了解音樂音階基礎(chǔ)上，AT89C51單片機(jī)作為核心控制器件而設(shè)計(jì)的，以這款單片機(jī)作為主控核心，通過程序控制與鍵盤，運(yùn)放電路，揚(yáng)聲器等電路組成電子琴的基本單元，本文設(shè)計(jì)的電子琴，采用十六鍵技術(shù)，模擬了市場上電子琴的基本功能?？梢杂脧椬喑龊唵蔚臉非?；彈奏電子琴時(shí)能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時(shí)可以播放置音樂。二 設(shè)計(jì)目的和要求1設(shè)計(jì)目的（1）熟悉單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)。（2）掌握C51編程方法。（

6、3）掌握定時(shí)器與發(fā)聲的關(guān)系。（4）掌握交流蜂鳴器的發(fā)聲原理和程序控制方法。（5）掌握串行控制鍵盤鍵的識(shí)別方法。2 .設(shè)計(jì)要求 (1)使用AT89C51作為核心控制器件。（2）編寫C語言程序。（3）利用定時(shí)器來控制頻率。（4）要求達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡單的樂曲。 （5）用鍵盤作出電子琴的按鍵，每鍵代表一個(gè)音符。 （6）各音符按一定的順序排列，必須符合電子琴的按鍵排列順序。 三 設(shè)計(jì)原理1. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器原理MCS-51單片機(jī)部有2個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0由計(jì)數(shù)器TH0和TL0組成，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1由計(jì)數(shù)器TH1和TL1組成，THX和TLX（X=0,1）分別為兩個(gè)8

7、位計(jì)數(shù)器，連接起來可組成16位計(jì)數(shù)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式由方式控制字TMOD選擇,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟停由控制寄存器TCON控制，這兩個(gè)寄存器均屬于特殊功能寄存器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理圖如下：其核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器，加1計(jì)數(shù)器的脈沖有兩個(gè)來源：一個(gè)是外部脈沖源，另一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器。當(dāng)脈沖源為時(shí)鐘振蕩器（等間隔脈沖序列）時(shí)，由于計(jì)數(shù)器脈沖周期一樣，所以脈沖數(shù)乘以脈沖周期就是定時(shí)時(shí)間，此時(shí)為定時(shí)功能。當(dāng)脈沖源為外部脈沖時(shí)，就是外部事件的計(jì)數(shù)器，此時(shí)為計(jì)數(shù)功能。2中斷控制（1）TCON用于中斷請求TF1TF0IE1IT1IE0IT0IT0：外部中斷請求觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=0時(shí)，低電平觸發(fā)；當(dāng)

8、IT0=1時(shí)，下降沿觸發(fā)。IT1外部中斷請求觸發(fā)方式。作用同IT0。IE0：外部中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)發(fā)中斷請求時(shí)，置1，否則置0。IE1：外部中斷請求標(biāo)志位。作用同IE0。TF0：片定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的溢出請求標(biāo)志位，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0溢出時(shí)，置1，否則置0.TF1：片定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的溢出中斷請求標(biāo)志位，作用同TF0.（2）中斷允許寄存器IEEAESET1EX1ET0EX0EA：開中斷標(biāo)志位。當(dāng)EA=1時(shí)，CPU開中斷；EA=0時(shí)，CPU關(guān)中斷。ES：串行口的中斷允許位。當(dāng)ES=1時(shí)，串行口允許中斷；ES=0時(shí)，則不允許中斷。ET0(ET1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（1）的中斷允許位。當(dāng)ET0=1,定時(shí)/計(jì)數(shù)器

9、0（1）溢出，允許中斷，否則不允許。EX0(EX1)：INTO的中斷允許位，當(dāng)EX0=1時(shí)，允許中斷，否則，不允許。3.七段數(shù)碼管（1）七段數(shù)碼管簡介數(shù)碼管使用條件：七段數(shù)碼管a、段與小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；   小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA     峰值電流 100mA上面這個(gè)只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。（共陽管與共陰管的判斷方法：在公共端加高電平，段碼端加低電平，看是否點(diǎn)亮二極管，若亮則為

10、共陽管，不亮則為共陰管）數(shù)碼管使用條件：（2）數(shù)碼管的分類數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極CO

11、M接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。外觀圖 共陽極 共陰極數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出想要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。（3）數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I0端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單、顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I0端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示時(shí)需要40（5×8）根I0端口，要知道一個(gè)895

12、51單片機(jī)可用的I0端口才32個(gè)，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆畫“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I0線控制。當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM

13、端，使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象與發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，但能夠節(jié)省大量的I0端口，而且功耗更低。4.矩陣式鍵盤的識(shí)別和顯示（1）矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口(如P1口)就可以構(gòu)成4*4=16

14、個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。（2）的按鍵識(shí)別方法 行掃描法行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法，是一種

15、最常用的按鍵識(shí)別方法.判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。四 設(shè)計(jì)組成1.設(shè)計(jì)的模塊組成。2.設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)流程五 設(shè)計(jì)的電路原理圖六 本實(shí)驗(yàn)的C語言程序#i

16、nclude <AT89C51.H> unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71; unsigned char temp; unsigned char key; unsigned char i,j; unsigned char STH0; unsigned char STL0; unsigned int code tab=64021,64103,64260,64400, 64524,64580,64684,647

17、77, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178; void main(void) TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; while(1) P3=0xff; P3_4=0; temp=P3; temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) for(i=50;i>0;i-) for(j=200;j>0;j-); temp=P3; temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; switch(temp)

18、case 0x0e: key=0; break; case 0x0d: key=1; break; case 0x0b: key=2; break; case 0x07: key=3; break; temp=P3; /P1_0=P1_0; P2=tablekey; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0; P3=0xff;P3_5=0; temp=P3; temp=temp & 0x0f;

19、if (temp!=0x0f) for(i=50;i>0;i-) for(j=200;j>0;j-); temp=P3; temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; switch(temp) case 0x0e: key=4; break; case 0x0d: key=5; break; case 0x0b: key=6; break; case 0x07: key=7; break; temp=P3; /P1_0=P1_0; P2=tablekey; STH0=tabkey/256;

20、STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0; P3=0xff; P3_6=0; temp=P3;temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) for(i=50;i>0;i-) for(j=200;j>0;j-); temp=P3; temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; switch(temp) ca

21、se 0x0e: key=8; break; case 0x0d: key=9; break; case 0x0b: key=10; break; case 0x07: key=11; break; temp=P3; /P1_0=P1_0; P2=tablekey; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0; P3=0xff; P3_7=0; temp=P3; temp=temp & 0x0f;

22、 if (temp!=0x0f) for(i=50;i>0;i-) for(j=200;j>0;j-); temp=P3; temp=temp & 0x0f; if (temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; switch(temp) case 0x0e: key=12; break; case 0x0d: key=13; break; case 0x0b: key=14; break; case 0x07: key=15; break; temp=P3; /P1_0=P1_0; P2=tablekey; STH0=tabkey/

23、256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0; void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=STH0; TL0=STL0; P1_0=P1_0;七 仿真和調(diào)試1.仿真結(jié)果2.調(diào)試過程為了檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)的電子琴的軟、硬件能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本文對電路進(jìn)行了仿真操作，仿真在Proteus軟件中進(jìn)行，首先在Proteus軟件中虛擬制作出電路圖， 然后導(dǎo)入事先編制好的軟件程序，就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真了，與在真實(shí)電路

24、板上進(jìn)行調(diào)試的過程基本一樣。這樣，如果在仿真過程中發(fā)現(xiàn)軟、硬件不能正常工作，那么就能與時(shí)查找原因并做出相應(yīng)修改，直到仿真的結(jié)果與實(shí)際相符為止。（1）出現(xiàn)的問題仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)按下相應(yīng)按鍵時(shí)，相應(yīng)功能沒能實(shí)現(xiàn)。（2）解決辦法經(jīng)分析得知是標(biāo)志量沒有設(shè)置好，進(jìn)而改正了程序，使之實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能。通過各方面努力，本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)大部分功能已實(shí)現(xiàn)?？梢噪S意演奏一首喜歡的曲子，并可以顯示在數(shù)碼管上，可以通過功能切換進(jìn)行自動(dòng)播放歌曲，基本達(dá)到預(yù)定的效果。通過這次的設(shè)計(jì)提高了我運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來解決面臨實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱各種文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)以與軟件編程排版的水平。対單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的整個(gè)流程和設(shè)計(jì)要求都有了深刻的認(rèn)識(shí)，對以后