基于-STC89C52單片機簡易電子琴

1、.課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告課程名稱： 微機原理課程設(shè)計 題 目： 簡易電子琴 學 院：環(huán)境與化學工程系：過程裝備與測控工程 專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班 級： 測儀*班 學 號： 學生： 起訖日期： 2021-12-272021-1-6 指導(dǎo)教師：.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(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域目前單片機已用于工業(yè)控制、機電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個領(lǐng)域，隨著單片機性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會更加廣泛。單片機技術(shù)開展非?？?，所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進、操作簡便、平安可靠、價格

2、合理等方面進展仔細研究，精心設(shè)計；及時掌握最新的單片機技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機技術(shù)來研制其應(yīng)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(shè)計的產(chǎn)品在未來的一段時間仍具生命力。STC89C52 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 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 STC89C52 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。單片機又稱微控制器，其中最根本的構(gòu)造是將 CPU 和計算機外圍功能單元，如儲存器

3、、I/O口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個芯片上構(gòu)成的。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(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。本設(shè)計采用 STC89C52 芯片組成的最小系統(tǒng)，結(jié)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(gòu)成的簡易電子琴。通過軟件設(shè)置，使系統(tǒng)到達，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(diào)，同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)按鍵的標號，到

4、達簡易電子琴系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：STC89C51，簡易電子琴，共陰數(shù)碼管，獨立按鍵.目目 錄錄一、設(shè)計任務(wù)、要求一、設(shè)計任務(wù)、要求- - 1 1 - -1.11.1、設(shè)計任務(wù)：、設(shè)計任務(wù)：- - 1 1 - -1.21.2、設(shè)計要求：、設(shè)計要求：- - 1 1 - -二、方案總體設(shè)計二、方案總體設(shè)計- - 1 1 - -2.12.1、顯示模塊、顯示模塊- - 1 1 - -2.22.2、按鍵模塊、按鍵模塊- - 1 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 1 - -2.42.4、總體設(shè)計：、總體設(shè)計：- - 2 2 - -三、三、 硬件設(shè)計硬件設(shè)計-

5、 - 2 2 - -3.13.1、最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng)- - 2 2 - -3.1.1、時鐘信號的產(chǎn)生- 2 -3.1.2、復(fù)位電路- 3 -3.23.2、數(shù)碼管顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊- - 3 3 - -3.2.1、數(shù)碼管引腳圖- 3 -3.2.2、數(shù)碼管連線電路- 4 -. z3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤- - 4 4 - -3.43.4、蜂鳴器電路、蜂鳴器電路- - 5 5 - -3.53.5、整體電路、整體電路- - 5 5 - -四、四、 程序流程圖程序流程圖- - 6 6 - -五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試- - 7 7 - -5.15.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介-

6、 - 7 7 - -5.25.2、調(diào)試與仿真過程圖、調(diào)試與仿真過程圖- - 7 7 - -5.35.3、實物圖、實物圖- - 8 8 - -5.45.4、使用說明、使用說明- - 1010 - -六、總結(jié)、心得體會六、總結(jié)、心得體會- - 1212 - -七、七、 參考文獻參考文獻- - 1313 - -附錄- 14 -. z一、設(shè)計任務(wù)、要求一、設(shè)計任務(wù)、要求1.11.1、設(shè)計任務(wù)：、設(shè)計任務(wù)：利用 52 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(shè)計實現(xiàn)可發(fā)出八個根本音階的簡易電子琴系統(tǒng)。1.21.2、設(shè)計要求：、設(shè)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

7、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(fù)位。二、方案總體設(shè)計二、方案總體設(shè)計本次設(shè)計簡易電子琴，通過 STC89C52 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(fù)位。系統(tǒng)編程采用 Keil c 軟件，電路圖設(shè)計以及 PCB 板繪制使用 Altium designer 軟件，仿真調(diào)試使用 ISIS 軟件實現(xiàn)。將不同模塊結(jié)合起來，實現(xiàn)簡易電子琴的設(shè)計。2.12.1、顯示模塊、顯示模塊本設(shè)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

8、過不同的位選操作驅(qū)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，到達顯示不同數(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(yīng)的鍵產(chǎn)生設(shè)定的聲音點亮對應(yīng)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，有源蜂鳴器部帶震蕩源，所以只要一通電就會叫。而無源部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用 2K5K 的方波去驅(qū)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。廉價 2。聲音頻

9、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(fù)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(zhì)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)生不同頻率脈沖信號的原理：要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出*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，每當計時到后就將輸出脈沖-. z的 I/O 反相，然后重復(fù)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

10、 0.5ms，則 P35 所送出的信號中，0.5ms 為高電平，0.5ms 為低電平。假設(shè) 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:停頓輸出 0.1s 之后，在連續(xù)送出 100 組上下電平，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，通過部程序延時產(chǎn)生不同頻率的方波，使蜂鳴器產(chǎn)生八個根本的音階 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

11、中音 So77S6中音 La68S7中音 Si61S8高音 Do57 圖 2-1 音階參數(shù)對應(yīng)圖2.42.4、總體設(shè)計、總體設(shè)計：設(shè)計總體框架圖如圖 2-1 所示。 圖 2-2 總體框架圖3 3、硬件設(shè)計硬件設(shè)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 芯片部有一個高增益法相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為*TAL1，輸出端為*TAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)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(fù)位電路、復(fù)位電路復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方

12、式，本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位，構(gòu)造如圖 3-2 所示。-. z圖圖 3-23-2復(fù)位電路復(fù)位電路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(shè)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。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3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤本設(shè)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列圖所示：圖圖 3-53-5獨立鍵

13、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(shè)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(qū)動蜂鳴器蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，驅(qū)動電路如下列圖所示：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-. z圖 4-1 程序流程圖五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.15.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介本次設(shè)計使用 Proteus ISIS 仿真軟件進展調(diào)試。P r o t e u s I S I S 是

14、英國 L a b c e n t e r 公司開發(fā)的電路設(shè)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(shè)計、仿真分析I S I S) 和印刷電路板設(shè)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)以及各種外圍芯片R S 2 3 2 動態(tài)仿真、I 2 C 調(diào)試器、S P I 調(diào)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(shè)備、繁多的

15、電子元件才能完成的電子電路、單片機等實驗，5.25.2、調(diào)試與仿真過程圖、調(diào)試與仿真過程圖 圖 5-1 仿真調(diào)試圖5.35.3、實物圖、實物圖 圖 5-2 實物圖蜂鳴器模塊按鍵復(fù)位模塊四位共陰數(shù)碼管顯示模塊 按鍵模塊第第 一一 位位 數(shù)數(shù) 碼碼 管管-. z 圖 5-4 實物調(diào)試圖5.45.4、使用說明、使用說明按鍵分布圖圖 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；

16、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(jié)、心得體會六、總結(jié)、心得體會在這次課程設(shè)計中，由剛開場時的手足無措不知從何下手，到過程中電路設(shè)計，程序編寫，調(diào)試模擬，腐蝕電路板，做出實物，實物調(diào)試。一步一步收獲了很多。剛開場的幾天，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

17、，但是最終還是選擇了簡易電子琴這個設(shè)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)聲原理等等。畫電路板找元件到生成 PCB 板，調(diào)節(jié)各個元件的位置，選擇封裝形式，處理飛線等等。最開場 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(shè)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 語言的根底還需要把單片機的各種功能和引腳知識結(jié)合起來，程序的編寫剛開場是錯誤加警告滿篇，查資料問同學，一步一步改。先是模仿書上的程序調(diào)試，然后是查資料。把課

18、設(shè)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。當然調(diào)試中，也遇到了很多的麻煩，按鍵不能起到控制作用，-. z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(shè)真的讓我收獲很多，從硬件到軟件，沒有經(jīng)歷欠缺很多知識，雖然這個簡易電子琴真的不難，但是從設(shè)計設(shè)想到實物的功能實現(xiàn)，還是花費了不少心血。做設(shè)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(shè)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。最后感課設(shè)過程中給

19、予我?guī)椭慕處熀屯瑢W。7 7、參考文獻參考文獻【1】朝青 單片機原理及接口技術(shù) 航天大學【2】長興 C+程序設(shè)計 中國鐵道【3】義和 例說 51 單片機 人民郵電附錄附錄/*- 簡易電子琴-*/*include /*define Duan*uan P0*define Wei*uan 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*3f,0*06,0*5b,0*4f,0*66,0*6d,0*7d,0*07;unsigned char code CAB8=0*fe,0*fd,0*fb,0*f7,0*fe,0*fd,0*fb,0*f7;void dis