聲光電子琴剖析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上廣東保護(hù)學(xué)院單片機(jī)實訓(xùn)報告 學(xué)號 姓名 劉少邦 學(xué)號 姓名 劉源 班級 電氣自動化一班 指導(dǎo)教師 車海波 題目 電子琴 專心-專注-專業(yè)基于51單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計摘 要 隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設(shè)計一個基于單片機(jī)的簡易電子琴。我們對于電子琴如何實現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動放音功能等等也很好奇。電子琴是現(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。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)

2、溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個按鍵和揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。在電子行業(yè)高速發(fā)展的今天，單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了各個行業(yè)之中，其中也就包括了我所設(shè)計的娛樂項目，隨意的彈奏音樂并且伴著燈光的閃爍，這就是我所以利用89C51單片機(jī)所設(shè)計的聲光電子琴，聲光電子琴的設(shè)計理念完全是利用89c51單片機(jī)的功能的研究和理解以及延伸拓展。以下我會詳細(xì)介紹電路

3、的設(shè)計和程序的編制過程。 關(guān)鍵詞：89c51單片機(jī) 電路 程序 目 錄第一章 緒論1.1 課題背景單片機(jī)因其體積小，功能強(qiáng)，價格低廉而得到廣泛應(yīng)用，同時隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，單片機(jī)在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在國內(nèi)的單片機(jī)多用于電話，玩具和LCD等產(chǎn)品，預(yù)計在未來，利用單片機(jī)發(fā)明的產(chǎn)品會越來越多，作為一名應(yīng)用電子的應(yīng)屆畢業(yè)生來說，理解和掌握單片機(jī)的工作原理和使用技巧是必備的技能，基于這種考慮，我這次畢業(yè)設(shè)計的題目為簡易電子琴。我所設(shè)計的該產(chǎn)品時根據(jù)自身的興趣和愛好所設(shè)計的，通過對傳統(tǒng)電子琴的認(rèn)識和了解，知道了傳統(tǒng)的電子琴是利用單片機(jī)的匯編語言的編程來實現(xiàn)的，而且功能單一，只能彈奏而不

4、能隨意的播放音樂，我所設(shè)計的產(chǎn)品是基于對89c51單片機(jī)的深入理解對傳統(tǒng)電子琴的小小的改革和創(chuàng)新，并且以簡單的C語言程序替代了復(fù)雜的匯編語言程序，聲和光是新電子琴的主題，我相信在聲光電子琴的不斷革新達(dá)到人們所需娛樂設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)的時候，電子琴會被投入到批量生產(chǎn)之中。單片微型計算機(jī)室大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計算機(jī)它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。他的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題。1.2 設(shè)計依據(jù)電子琴是現(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。它在現(xiàn)代音樂扮演重要的

5、角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S52單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有8個按鍵，和一個復(fù)位按鍵。 主要對使用單片機(jī)設(shè)計簡易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴硬件的組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏要表達(dá)的音符。并且分別從原理圖，主要芯片，個模塊原理及各莫奎的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。 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，構(gòu)成我

6、們想演奏的那首曲目。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T0來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系編寫正確就可以達(dá)到我們想要的曲目。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計及主控芯片介紹2.1 系統(tǒng)基本設(shè)計思路此設(shè)計是在LED小燈上顯示燈光的變換，揚(yáng)聲器播放彈奏的曲子。電路包括：鍵盤、單片機(jī)及LED顯示電路，聲音電路。2.1.1 各部分說明（1）鍵盤用于彈奏音樂，八個按鍵8種音符。（2）單片機(jī)通過輸出各種電脈沖信號驅(qū)動控制各部分正常工作。（3）單片機(jī)發(fā)送的信號分別經(jīng)過LED顯示電路通過譯碼最終在LED小燈和聲音電路通過揚(yáng)聲器顯示出來。2.1.1系統(tǒng)

7、工作過程單片機(jī)要產(chǎn)生音頻脈沖，主要處理過程是在CPU中完成的，CPU會隨時對音符輸入信號進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作。在讀取了相應(yīng)的寄存器的值后，CPU將讀取的值進(jìn)行處理，再通過I/O口把音樂通過揚(yáng)聲器播放出來。2.2 單元電路方案論證根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、顯示模塊和輸入模塊構(gòu)成。為較好的實現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計了以下幾種方案并分別進(jìn)行了論證。2.2.1 控制器模塊方案1：采用凌陽系列單片機(jī)為系統(tǒng)的控制器凌陽系列單片機(jī)可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽系列單片機(jī)提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核

8、心。方案2：采用51系列作為系統(tǒng)控制器單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積較小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且抗干擾性能好。因51單片機(jī)價格比凌陽系列低得多，且本設(shè)計不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計選擇了方案2。2.2.2 發(fā)聲模塊發(fā)聲模塊是本設(shè)計的最主要的部分?；痉桨福喊l(fā)生電路是這次設(shè)計電路中最重要的組成部分，他承載著把單片機(jī)所產(chǎn)生的聲音信號放大并輸出的重要作用，而我的設(shè)計中的發(fā)聲電路主要是由兩個CS9013組成。CS9013是一種小功率的放大管，屬于型號三極管，而對三極管引腳的判斷有以

9、下方法。1.判斷三極管的基極。對于型號的三極管，用黑表筆接某一個電極，紅表筆分別接另外兩個電極，若測量電阻值兩個都小，調(diào)換表筆后被測電阻值都較大，則可判斷第一次測量中黑表筆所接的是基極；如果測量值一大一小，相差很大，則第一次測量中黑表筆接的不是基極，應(yīng)該更換其他電極重測。2.測量三極管發(fā)射極e和集電極c。三極管基極確定后，通過交換表筆，兩次測量e,c極間的電阻，如果兩次測量結(jié)果不相等，其中測得電阻值較小的一次為紅表筆的是e極黑表筆接的是c極。對于型號的三極管，方法與的相似，只是紅黑表筆的作用相反，在測量e,c極間電阻時要注意，由于三極管的V（BR）CEO很小，很容易將發(fā)射結(jié)擊穿。當(dāng)我們?nèi)龢O管的

10、管腳判斷結(jié)束以后，我們就可以用兩個三極管構(gòu)成一個達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。首先當(dāng)單片機(jī)1.0口輸出一個高電平，由兩個三極管構(gòu)成的達(dá)林頓成能導(dǎo)通，導(dǎo)通后又能對電流又一定的放大作用，這樣傳到揚(yáng)聲器時信號能讓我們聽的更清楚。2.2.3 編程軟件模塊方案1：采用匯編語言編程匯編語言指令是用一些具有相應(yīng)含義的助憶符來表達(dá)的，所以，它要比機(jī)器語言容易掌握和運(yùn)用，但另一方面，它要直接使用CPU的資源，相對高級程序設(shè)計語言來說，它又顯得難掌握。方案2：采用語言編程C語言與其他高級語言相比,具有運(yùn)算符的豐富性、語法表述的靈活性、對軟硬件操作的兼容性、輸入輸出方式的新穎性等主要特征.深入分析研究這些特征,可以加深對C語言的認(rèn)識

11、;正確應(yīng)用這些特征,可以靈活高效地解決各種實際問題.因為我在大學(xué)期間對匯編語言沒有深入的了解，而且在編程時一直用C語言，所以我選擇了方案2。2.2.4 最終方案經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定了如下方案：（1）采用STC89C51單片機(jī)作為主控制器。（2）采用達(dá)林頓效應(yīng)使音樂信號放大（3）采用語言編程2.3 AT89C51單片機(jī)AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS -51指令系統(tǒng)及80C51

12、引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。    AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。         AT89S51引腳圖    

13、60;此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。  主要功能特性：  · 兼容MCS-51指令系統(tǒng)        · 4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM  · 32

14、個雙向I/O口        · 4.5-5.5V工作電壓  · 2個16位可編程定時/計數(shù)器        · 時鐘頻率0-33MHz  · 全雙工UART串行中斷口線        · 128x8bit內(nèi)部RAM  · 2個外部中斷源        · 低功耗空閑和省電模式  

15、3; 中斷喚醒省電模式        · 3級加密位  · 看門狗（WDT）電路        · 軟件設(shè)置空閑和省電功能  · 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程        · 雙數(shù)據(jù)寄存器指針STC89C51是一種帶8K字節(jié)可編程可檫除只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳

16、相兼容。單片機(jī)引腳圖如圖所示圖1 STC89C51單片機(jī)引腳圖第三章 硬件電路設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。3.2 時鐘電路STC89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部時鐘在此不做詳細(xì)介紹。外部方式的時鐘電路如圖3所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振

17、蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率在12MHz左右的方波信號。圖2 89c51內(nèi)部時鐘電路3.3 復(fù)位電路當(dāng)在89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST（9）端與電源Vcc接

18、通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖4。時鐘頻率用11.0592MHZ時C取10uF,R取10k。圖3 89C51 復(fù)位電路3.4 按鍵控制模塊電子琴設(shè)有11個按鍵，其中8個作為音符輸入。8個按鍵分別代表8個音符，包括中音段的全部音符，通過軟硬件設(shè)計。另外3個分別是控制復(fù)位、流水燈的轉(zhuǎn)換、自動播放音樂。如下圖：3.5 播放模塊 播放模塊是由2個三極管構(gòu)成，三級管將信號放大，然后傳輸?shù)嚼?，喇叭它幾乎不存在噪聲，音響效果較好。下圖是該模塊電路： 第四章 程序流程4.1 程序流程圖該設(shè)計方案是通過按鍵隨意按下所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲

19、音。通過這樣可以不斷的彈奏我們想要的音符或者是音調(diào)，電路由復(fù)位電路，指示燈電路，和功能按鍵電路組成，通過功能鍵可以選擇播放音樂或者彈奏音節(jié)，硬件主要有下面幾個部分組成。鍵盤輸入AT89S51單片機(jī)音頻放大喇叭發(fā)出聲音功 能 選 擇(彈奏/播放)4.2 重點程序分析4.2.1 音階程序uchar code yinfu=0xfb,0xe9, /Do 0xfc,0x5c, /Re 0xfc,0xc1, /Mi 0xfc,0xef, /Fa 0xfd,0x45, /So 0xfd,0x92, /La 0xfd,0xd0, /Si 0xfd,0xee, /Do# 0x00,0x00, /間隔4.2.2

20、結(jié) 論通過對自己在大學(xué)里所學(xué)的知識的回顧，完成了本設(shè)計。它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。將以調(diào)試好的程序燒進(jìn)AT89S51芯片，再放到電路板中，按下按鍵就可以發(fā)出相應(yīng)的音。本次試驗通過制作電子琴，將幾個模塊換呢好的融合起來，對使用單片機(jī)設(shè)計簡易電子琴進(jìn)行了分析，并接受了基于單片機(jī)電子期硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。說明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

21、要的音樂了，于是我們可以利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器T0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(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可，然后我們利用功放電路來將音樂聲音放大，同時同股溝顯示模塊來確知自己所彈的音符。 通過這次實訓(xùn)設(shè)計，我感覺收獲了很多：通過這次的單片機(jī)實訓(xùn)，我加深了對單片機(jī)系列知識及其系統(tǒng)的認(rèn)識。這個設(shè)計題目并不怎么新穎，但從中體現(xiàn)到了個系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的過程，足以讓我們受益匪淺。 在這次的實訓(xùn)中，讓我更進(jìn)一步的提高了動手能力，也重新復(fù)習(xí)了一次單片機(jī)的程序編程能力，在這期間，讓我更加深刻了體會到了匯編程序的思路，加強(qiáng)了對編程能力的理解和對相應(yīng)資料的查閱。附錄 1 主要源程序sfr P4=

22、0xe8;/定義P4組I0口#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit speaker=P14;/喇叭接30腳sbit key1=P10;/流水燈按鍵(暫時)sbit key2=P11;/播放音樂按鍵（暫定）uchar a,b,num1,s1num,n1,n2;char num;/定義num為可以負(fù)數(shù)uchar code yinfu=0xfb,0xe9, /Do 0xfc,0x5c, /Re 0xfc,0xc1, /Mi 0xfc,0xef, /Fa 0xfd,0x45, /So

23、 0xfd,0x92, /La 0xfd,0xd0, /Si 0xfd,0xee, /Do# 0x00,0x00, /間隔;uchar code shengri_tone= 1,0,1,2,1,4,3,0, /生日快樂音調(diào) 1,0,1,2,1,5,4,0, 1,0,1,8,6,4,3,2,0, 7,0,7,6,4,5,4,0 /0代表不發(fā)聲，即停頓；數(shù)字即為音調(diào); uchar code shengri_beat= 24,1,24,48,48,48,72,5,/節(jié)拍 24,1,24,48,48,48,72,5, 24,1,24,48,48,48,48,72,5, 24,1,24,48,48,48

24、,72,5 /節(jié)拍，即tone表各音調(diào)的延時;uchar code ledtable=0x7f,0xbf,0xdf,0xef, /取反0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;/P0組口的發(fā)光二極管代碼（焊接過程可能會相反，具體更改）uchar code ledtable2=0x7f,0xbf,0xdf,0xef, /取反0xf7,0xfb,0xfd,0xfe;/P2組口發(fā)光二極管代碼,相反！void check_key();/改為P3組為按鍵void keyscan();void turn();/順時針流動void back();void qianhou();void dangshuang()

25、;void delay(uint z);/延時函數(shù)聲明void delay1(void);/聲明第二個延時函數(shù)void play1(void);/播放生日快樂void main()s1num=0;/流水燈種類標(biāo)志key1=1;key2=1;TMOD=0x01;TH0=a;TL0=b;ET0=1;/打開定時器，但是未允許中斷TR0=1;while(1)check_key();keyscan();void time0() interrupt 1TH0=a;TL0=b;speaker=speaker;void check_key()P3=0xff;/先賦給P2組口高電平switch(P3)/按下一個

26、鍵相應(yīng)4個燈亮case 0xfe:P0=0xee;P2=0x77;a=0xfb;b=0xe9;EA=1;break;/P0,P2組為發(fā)光二極管組case 0xfd:P0=0xdd;P2=0xbb;a=0xfc;b=0x5c;EA=1;break;/注意：EA不能改為TR0case 0xfb:P0=0xbb;P2=0xdd;a=0xfc;b=0xc1;EA=1;break;case 0xf7:P0=0x77;P2=0xee;a=0xfc;b=0xef;EA=1;break;case 0xef:P0=0xee;P2=0x77;a=0xfd;b=0x45;EA=1;break;case 0xdf:P

27、0=0xdd;P2=0xbb;a=0xfd;b=0x92;EA=1;break;case 0xbf:P0=0xbb;P2=0xdd;a=0xfd;b=0xd0;EA=1;break;case 0x7f:P0=0x77;P2=0xee;a=0xfd;b=0xee;EA=1;break;default:EA=0;speaker=0;/P0=0xff;P2=0xff ; void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void keyscan() if(key1=0) delay(5);if(key1=0)s1num+;while(!key1);if(s1num=1)turn();if(s1num=2)back();if(s1num=3)qianhou();if(s1num=4)dangshuang();if(s1num=5)s1num=1; if(key2=0)delay(5);while(key2);play1(); void delay1(void)/第二個延時函數(shù) uchar n=15; while(n-) uchar i; for(i=0;i<125;i+); void play1(void)/播放生日快樂 uchar m=0; u