基于51型單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)說明

1、 . . . 基于單片機(jī)的十六音鍵電子琴設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書一、課題名稱： 基于單片機(jī)的十六音鍵電子琴設(shè)計(jì) 二、主要技術(shù)指標(biāo)：1. 通過十六位按鍵來讀取不同的按鍵信號(hào)； 2. 通過查表指令讀取按鍵所對(duì)應(yīng)的時(shí)間基數(shù)；3. 通過中斷來產(chǎn)生不同頻率的周期方波信號(hào)，送揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。三、工作容和要求：1. 理解并確認(rèn)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書；2. 撰寫完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告并經(jīng)指導(dǎo)老師審核通過；3. 學(xué)習(xí)并掌握51單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)方法、數(shù)碼管的使用要求；4. 學(xué)習(xí)PCB電路的設(shè)計(jì)要求和方法；5. 確定并完成方案論證；6. 通過PROTEUS軟件進(jìn)行仿真；7. 設(shè)計(jì)并繪制原理框圖、電路原理圖、PCB板圖；8.

2、 選擇元器件，編制元器件清單；9. 編寫電路相關(guān)元件功能說明；10. 編寫電路工作原理說明；11. 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告并整理裝訂。四、主要參考文獻(xiàn)：1. 單片機(jī)原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真，靖武 周靈彬，2008.8 2. 朝青單片機(jī)原理與接口技術(shù)M：航天航空大學(xué)出版色，20013. 胡漢才單片機(jī)原理與其接口技術(shù)M：清華大學(xué)，20044. 百度文庫(kù)，wenku.baidu./view/37ecc218964bcf84b9d57ba4.html學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論

3、文）題目基于單片機(jī)的十六音鍵電子琴設(shè)計(jì)一、 選題的背景和意義：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)與音樂的結(jié)合不斷加深。由此而產(chǎn)生的電子琴在這種形勢(shì)下，因其體積小，易于攜帶，經(jīng)濟(jì)適用，是一般家庭都能承受得了的經(jīng)濟(jì)投入。而且電子琴鍵盤操作直觀易于掌握。這樣對(duì)初學(xué)者，尤其對(duì)識(shí)譜的人來說是很容易彈奏的，一首簡(jiǎn)單的曲子靈感好的人甚至不用很多的練習(xí)和教師的指導(dǎo)就能很快的彈奏出來。這樣就強(qiáng)烈地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，迅速地提高了電子琴的普與率。二、 課題研究的主要容：1.通過51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的讀取并將所對(duì)應(yīng)的聲音送至揚(yáng)聲器；2.完成方案論證；3.完成在PROTEUS上的仿真；3.畫出完整的電路原理圖和PCB板

4、板圖，編制元器件明細(xì)表。三、 主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述： 通過市場(chǎng)調(diào)研和網(wǎng)絡(luò)搜索，分析借鑒市場(chǎng)上已有產(chǎn)品，列出幾種可行方案進(jìn)行對(duì)比分析，最后選擇一種確實(shí)可行的方案，即確定出系統(tǒng)框圖、控制方式、電路形式等，同時(shí)學(xué)習(xí)并掌握PCB板圖的設(shè)計(jì)要求和方法、數(shù)碼管的使用要求，為單片機(jī)電路的整體設(shè)計(jì)提供保證。 通過PROTEUS軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，對(duì)根據(jù)電路實(shí)際情況對(duì)模擬電路進(jìn)行改進(jìn)和完善。四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 容2010.5.17-5.23（第一周）理解并確認(rèn)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，撰寫完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告2010.5.24-5.30（第二周）完成調(diào)研與資料收集、整理2010.5.

5、31-6.6（第三周）設(shè)計(jì)方案與原理框圖的確定2010.6.7-6.14（第四、五周）電路資料收集，單元電路設(shè)計(jì)2010.6.15-6.17（第五周）用PROTEUS軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)、完善2010.6.18-6.23（第五周）PCB設(shè)計(jì)與資料整理2010.6.24-6.29（第六、七周）書寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告2010.6.30-7.6（第七周）修改畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告并整理裝訂五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日目 錄摘要Abstract第1章 前言.1第2章 方案論證.22.1 控制模塊選擇方案.22.2按鍵選擇方案.2第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與

6、說明.33.1系統(tǒng)組成與總體框圖.33.2元件簡(jiǎn)介.33.2.1 AT89S52.33.2.2 LM386.53.2.3 LED數(shù)碼管.73.3顯示電路.83.4 各功能模塊原理圖.93.4.1 AT89S52模塊電路原理圖.93.4.2鍵盤掃描模塊電路原理圖.103.4.3數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖.103.4.4音頻處理模塊電路原理圖.113.4.5電源模塊電路原理圖.11第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).124.1音樂相關(guān)知識(shí).124.2如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍.124.3如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖.124.4系統(tǒng)總體功能流程圖.13第5章 電路仿真.175.1 ISIS軟件介紹.175.2 仿真圖.

7、175.3 仿真圖介紹.18第6章 PCB印制板制作.19 6.1 印制板制作的要求.196.2印制電路板圖.19第7章 系統(tǒng)調(diào)試.207.1軟件仿真調(diào)試.207.2軟件調(diào)試.20第8章 調(diào)試結(jié)論.21第9章 參考文獻(xiàn)答辭附錄1：元器件清單附錄2：主要電路原理圖 附錄3：程序摘 要微型電子琴的設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制部分，通過制作硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)編寫，然后進(jìn)行軟硬件的調(diào)試運(yùn)行，最終達(dá)到設(shè)計(jì)電路的樂器演奏、點(diǎn)歌、存儲(chǔ)與顯示功能。設(shè)計(jì)中應(yīng)用中斷系統(tǒng)和定時(shí)/計(jì)數(shù)原理控制演奏器發(fā)聲，對(duì)音樂發(fā)生所必須確定的音符和節(jié)拍分別用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)?？梢杂盟鼇韽椬嗪筒シ艠非?。特點(diǎn)是設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單

8、、清晰，成本低。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 電子琴 AT89S52AbstractThe design takes 89S52 MCU as the core of system's control section . In order to achieve the effect of the circuit that performancing the musical instrument， requesting a song， the function of the memory and demonstration， we can carry on software and hardware&

9、#39;s debugging through manufacturing hardware circuit and compiling the software's design . The design applies the principle of the interruption system and fixed time/the counting to performance sound production， and according to the program language to realize the separation of the note and ti

10、me at the same time. We can use it to play with the broadcast music. And the best advantage is this design is simply and clear .Key words: MCU electronicorgan AT89S5227 / 68第1章 前言1.1 系統(tǒng)開發(fā)背景隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣?；诋?dāng)前市場(chǎng)上的玩具市場(chǎng)需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。單片機(jī)技術(shù)使我們可以利用軟硬件實(shí)

11、現(xiàn)電子琴的功能，從而實(shí)現(xiàn)電子琴的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以與音樂童車等等。并且可以進(jìn)行一定的功能擴(kuò)展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“k0”到“k16”鍵演奏從低So到高DO等16個(gè)音，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。1.2 系統(tǒng)開發(fā)意義該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以隨意彈奏想要表達(dá)的音樂；(2)制作簡(jiǎn)單，成本低。1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以與簡(jiǎn)單易操作。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下：1、經(jīng)濟(jì)可行性：所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)是沒有項(xiàng)目資金，沒有開發(fā)經(jīng)費(fèi)，因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的項(xiàng)目對(duì)于我

12、們畢業(yè)設(shè)計(jì)來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價(jià)格或是常見度上均是可行的。2、技術(shù)可行性：技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開展并完成開發(fā)工作，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)明確，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。第2章 方案論證2.1 控制模塊選擇方案方案一：用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。方案二： 采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89

13、C51不具備ISP功能，因此Atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來升級(jí)方面沒有潛力。方案三：采用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。 鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三 2.2 按鍵選擇方案?jìng)鹘y(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“1”到“A”鍵演奏從低SO到高DO等11音。該設(shè)計(jì)有16個(gè)按鈕矩陣，設(shè)計(jì)成16個(gè)音，可以實(shí)現(xiàn)音階在低音4-高音5之間。比傳統(tǒng)音階圍大，彈奏效果好。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與說明3.1系統(tǒng)組成與總體框圖硬件設(shè)計(jì)

14、的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。該設(shè)計(jì)具有11個(gè)音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂，因?yàn)樗鼪]有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。本例使

15、用國(guó)家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器LM386來實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。鍵盤掃描AT89S52數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器播放音樂電源部分圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2元件簡(jiǎn)介3.2.1 AT89S52功能特性：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8

16、k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振與時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、32個(gè)可編

17、程I/O口線 、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。  P1口：P1口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4T

18、TL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口

19、在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能:P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

20、P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀

21、態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2.2 LM386LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音

22、頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地為參考同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。增益增益負(fù)端輸入正端輸入地旁路輸出LM386電源圖3-2 LM386的封裝形式特性(Features):(1)靜

23、態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；(2)工作電壓圍寬，4-12V or 5-18V；(3)外圍元件少；(4)電壓增益可調(diào)，20-200；(5)低失真度。其典型電路如下圖：圖3-3放大器增益=20（最少器件）圖3-4放大器增益=50 圖3-5低頻提升放大器3.2.3 LED數(shù)碼管本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而流過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯

24、示器(如圖b所示)，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖c所示)。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管ag控制七個(gè)筆畫（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來。（a）外形 （b）共陽(yáng)極 (C)共陰極圖3-6 數(shù)碼管引腳3.3顯示電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，由于 LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。通過單片機(jī)查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼

25、管顯示，以此來實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。3.4 各功能模塊原理圖3.4.1 AT89S52模塊電路原理圖單片機(jī)主程序模塊通過對(duì)鍵盤掃描程序信號(hào)的讀取，在通過對(duì)應(yīng)的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時(shí)器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號(hào)。在這一過程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過中斷程序進(jìn)行控制。圖3-7 AT89S52模塊電路原理圖3.4.2鍵盤掃描模塊電路原理圖對(duì)鍵盤掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程序編寫中，采用行掃描法，通過在p20p23上循環(huán)送出0掃描信號(hào)，p24p27輸入按鍵上的高低電平信息給單片機(jī)，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個(gè)開關(guān)按下，并送主程序以實(shí)現(xiàn)不同功能。圖3-8

26、鍵盤掃描模塊電路原理圖3.4.3數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管，通過來自單片機(jī)I/O口的電平高低來點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機(jī)送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對(duì)應(yīng)的音符。圖3-9 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖3.4.4音頻處理模塊電路原理圖由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力不夠，在處理音符信號(hào)時(shí)，需加功率放大裝置，因LM386芯片具有低功耗、高增益的特點(diǎn)，這合適單片機(jī)低功耗輸出，所以加裝LM386音頻信號(hào)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。圖3-10 音頻處理模塊電路原理圖3.4.5電源模塊電路原理圖由于本次設(shè)計(jì)的芯片的工作電壓都為5

27、V，為了排除因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定或者不準(zhǔn)確影響電路的工作和軟件的調(diào)試，本次設(shè)計(jì)單獨(dú)用LM7805設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出5V的電壓的電路，如圖3-11所示,其中J0為一變壓器插排接口，輸出電壓在7.5V，為交流電壓，經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流，電容濾波，再經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓后，得到本次設(shè)計(jì)所需的5V直流電源。圖3-11 電源模塊電路原理圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡(jiǎn)單音樂發(fā)生器，它由16個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。4.1音樂相關(guān)知識(shí)樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定

28、的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，這7個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。4.2如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，如果1/4拍的延時(shí)是0.4秒，則1拍的延時(shí)是1.6秒，只要知道1/4拍

29、的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí)間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（C調(diào)）具體如下表：表4-1 音樂節(jié)拍表曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125ms調(diào)4/462ms調(diào)3/4187ms調(diào)3/494ms調(diào)2/4250ms調(diào)2/4125ms4.3如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂的一些基本知識(shí)后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對(duì)于單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便

30、，可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以與單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照如下表：表4-2 音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表音符頻率（HZ）計(jì)數(shù)值（T值）音符頻率（HZ）計(jì)數(shù)值（T值）低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83194934#2RE#31163928中6LA8806496

31、8低3MI33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI96865030#4FA#37064185低1DO104665058低SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3MI131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#149065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764633#5SO#166165235#2RE#62264884高6LA1

32、76065252中3MI65964732#6LA#186565268中4FA69864820高7SI196765283T的值決定了TH0和TL0的值，其關(guān)系為：TH0=T/256，TL0=T%2564.4系統(tǒng)總體功能流程圖N定時(shí)器初始化數(shù)碼管顯示0主程序開始循環(huán)檢測(cè)按鍵Y數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器出聲 圖4-1 主程序框圖 按鍵子程序流程圖如下：K1鍵按下K2鍵按下K3鍵按下K4鍵按下K5鍵按下K6鍵按下K7鍵按下數(shù)碼管顯示3.，并播放mi的低音數(shù)碼管顯示4.，并播放fa的低音數(shù)碼管顯示5.，并播放so的低音K8鍵按下數(shù)碼管顯示6.，并播放la的低音數(shù)碼管顯示7.，并播放si的低音數(shù)碼管顯示1，并播放d

33、o的中音數(shù)碼管顯示2，并播放re的中音數(shù)碼管顯示3，并播放mi的高階中音K9鍵按下K10鍵按下K11鍵按下K12鍵按下K13鍵按下K14鍵按下K15鍵按下數(shù)碼管顯示4并播放fa的中音數(shù)碼管顯示5并播放so的中音數(shù)碼管顯示6，并播放la的中音K16鍵按下數(shù)碼管顯示7，并播放si的中音數(shù)碼管顯示A，并播放do的高音數(shù)碼管顯示B，并播放re的高音數(shù)碼管顯示C，并播放mi的高音數(shù)碼管顯示D，并播放fa的高階高音圖4-2 鍵盤子程序第5章 電路仿真5.1 ISIS軟件介紹Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(S

34、PICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)與其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。(2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以與各種外圍芯片。(3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)

35、，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。(4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。5.2仿真圖介紹單片機(jī)：P0 口對(duì)應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端； P1.0 口做音樂信號(hào)輸出端； P2 口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。鍵盤掃描：將16位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（P0.4P0.7）用于鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（P0.0P0.3）用于給鍵盤掃描信號(hào)。數(shù)碼管顯示：在使用時(shí)一要接上拉電阻

36、（這是有單片機(jī)P0口的物理特性決定的），二是要加限流電阻以使流進(jìn)單片機(jī)的小于單片機(jī)所能承受的電流。音樂處理：LM386將單片機(jī)P1.0口送過來的信號(hào)進(jìn)行20倍的功率放大并送揚(yáng)聲器進(jìn)行音樂的播出。5.3 仿真圖圖5.1 仿真圖第6章 PCB印制板制作6.1 印制板制作的要求（1）電源線、地線應(yīng)各設(shè)置一條總線；（2）線寬盡可能的寬；（3）應(yīng)減少軟線跳線的使用；（4）元器件排版要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號(hào)干擾；（5）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。6.2 印制電路板圖圖 6-1 主控電路PCB板圖圖6-2 輸入按鍵電路PCB板圖第7章 系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分

37、為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。7.1軟件仿真調(diào)試軟件仿真調(diào)試主要是針對(duì)單片機(jī)部分進(jìn)行調(diào)試。在軟件運(yùn)行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測(cè)，用來完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。在確保軟件仿真電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可進(jìn)行軟件運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，軟件運(yùn)行主要是測(cè)試單片機(jī)鍵盤控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。1、數(shù)碼管LED電路調(diào)試：軟件運(yùn)行，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字；2、單片機(jī)鍵盤控制部分調(diào)試：軟件運(yùn)行，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的音正確。7.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方

38、法和技巧：通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。第8章 調(diào)試結(jié)論通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)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。基本達(dá)到預(yù)定的效果。畢業(yè)設(shè)計(jì)是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次系統(tǒng)的項(xiàng)目設(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(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)以與軟

39、件編程排版的水平。第9章 參考文獻(xiàn)1 鑫，亮，齊兆群數(shù)字電路設(shè)計(jì)M機(jī)械工業(yè)，2005年6月第一版2 家健，柏榮，汪志鋒單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M高等教育3 朝青單片機(jī)原理與接口技術(shù)M：航天航空大學(xué)出版色，20014 胡漢才單片機(jī)原理與其接口技術(shù)M：清華大學(xué)，20045 靖武，周靈彬單片機(jī)原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真，20088 6 百度文庫(kù)，wenku.baidu./view/37ecc218964bcf84b9d57ba4.html附錄1：元器件清單名稱參數(shù)數(shù)量備注排阻8*4702RP1,RP2插排SIP23J0,J1,J3SIP82J4,J5鍵盤直鍵開關(guān)16K1-K16電容CC1-3V-30

40、pf2C21,C22CL10-3V-0.0047u1C33CC1-3V-0.1u3C12,C13,C31CD11-6.3V-10u1C32CD11-25V-470u3C11,C14,C23電阻RT-0.125-b-4701R32RT-0.125-b-1K2R11,R21RT-0.125-b-10K1R31晶振11.05926MHz1Y21揚(yáng)聲器駐極體電容式1數(shù)碼管DIP101DPY附錄2：主要電路原理圖：附錄三：程序文件 ORG 0000H ;初始位置00HJMP STARET ;跳到主程序ORG 000BH ;定時(shí)器0中斷起始單元JMP TIME0 ;跳到中斷程序STARET: MOV TM

41、OD,#00000001B;設(shè)定工作方式為1MOV IE, #10000010B ;開中斷允許SETB TR0L1: CALL KEY ;調(diào)用鍵盤掃描程序CLR EA ;關(guān)中斷總允許 F0,L1 ;查詢鍵盤按下標(biāo)志MOV A,22H ;將鍵盤碼送單元AMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTR ;將查詢的數(shù)碼管顯示碼送AMOV P0,A ;將數(shù)碼管顯示碼送數(shù)碼管MOV A,22H ;將鍵盤碼送單元A RL A ;數(shù)據(jù)倍乘MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTR;將聲音編碼送AMOV TH0,A;將聲音編碼高位給TH0MOV 21H,A;送聲音編碼給21H單元儲(chǔ)存

42、MOV A,22HRL AINC AMOVC A,A+DPTR;取聲音編碼地位給AMOV TL0,A;將聲音編碼送TL0MOV 20H,A;將聲音編碼低位送20H儲(chǔ)存L2: CALL KEY;調(diào)用江畔掃描程序SETB EA;開斷總允許 F0,L1;查詢鍵盤按下標(biāo)志JMP L2 ;沒有轉(zhuǎn)L2循環(huán)/*鍵盤掃描程序*/KEY: SETB F0 ;鍵盤按下標(biāo)志至1MOV R3,#0F7H;R3送掃描碼 MOV R1,#00H;R1初始為0L3: MOV A,R3;將掃描碼送AMOV P2,A將掃描碼送P2掃描MOV A,P2;讀取鍵盤狀態(tài)SETB C;進(jìn)位至1MOV R5,#04H;將4給R5單元，用

43、于行掃描L4: RLC A JNC KEYIN;有鍵按下跳到KEYININC R1;無鍵按下R1加1DJNZ R5,L4;判斷一行有沒有判斷完畢MOV A,R3;掃描完畢后，再次送掃描碼給ASETB C;進(jìn)位置1RRC A;對(duì)A進(jìn)行右移MOV R3 ,A ;送新的掃描碼給R3JC L3 ;判斷是否掃描完畢，是則循環(huán)RET;返回主程序KEYIN: MOV 22H,R1;將鍵盤碼送22H儲(chǔ)存CLR F0;對(duì)鍵盤按下標(biāo)志清0RET;返回主程序TIME0: PUSH ACC;將A壓入堆棧PUSH PSW;將PSW壓入堆棧MOV TL0,20H;將聲音編碼低位送TL0MOV TH0,21H;將聲音編碼高

44、位送TH0CPL P1.0;對(duì)輸出口聲音信號(hào)取反POP PSW;.從堆棧還原PSWPOP ACC;從堆棧還原ACCRETI;中斷返回/*音符編碼*/TABLE: DW 64021,64103,64260,64400DW 64524,64580,64684,64777DW 64820,64898,64968,65030DW 65058,65110,65157,65178/*共陽(yáng)極數(shù)碼編碼*/TABLE1: DB 0CH,98H,48H,40H,1EH DB 9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FHDB 11H,01H,63H,03HEND畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表一、指導(dǎo)教師評(píng)分表

45、（總分為70分）序 號(hào)考 核 項(xiàng) 目滿 分評(píng) 分1工作態(tài)度與紀(jì)律102調(diào)研論證103外文翻譯54設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告文字質(zhì)量105技術(shù)水平與實(shí)際能力156基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與成果價(jià)值157思想與方法創(chuàng)新5合計(jì)70指導(dǎo)教師綜合評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 二、答辯小組評(píng)分表（總分為30分）序 號(hào)考 核 項(xiàng) 目滿 分評(píng) 分1技術(shù)水平與實(shí)際能力52基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與成果價(jià)值53設(shè)計(jì)思想與實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新54設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告容的講述55回答問題的正確性10合計(jì)30答辯小組評(píng)價(jià)意見（建議等第）： 答辯小組組長(zhǎng)教師簽名： 年 月 日三、系答辯委員會(huì)審定表1 審定意見2審定成績(jī)（等第）_ 系主任簽字： 年 月 日基于單片機(jī)的十六音鍵電子琴設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書一、課題名稱： 基于單片機(jī)的十六音鍵電子琴設(shè)計(jì) 二、主要技術(shù)指標(biāo)：1.