c51單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-電子琴

1、 TOC o 1-5 h z目錄設(shè)計(jì)題目3設(shè)計(jì)目的3主要內(nèi)容3音符頻率與計(jì)數(shù)初值對(duì)照表3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理4方式寄存器45.2啟/?？刂萍拇嫫鱐CON6中斷控制6TCON用于中斷請(qǐng)求66.2中斷允許寄存器IE7系統(tǒng)分析7系統(tǒng)組成8系統(tǒng)工作原理8系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)8LED顯示模塊9揚(yáng)聲器模塊98.4子系統(tǒng)（模塊）電路圖10共陽(yáng)極電路圖10上位開(kāi)關(guān)10系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)10本系統(tǒng)總體代碼1110課程設(shè)計(jì)成果1511.個(gè)人總結(jié)15參考文獻(xiàn)17一、設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易電子琴二、設(shè)計(jì)目的：（1）熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（2）掌握C51編程方法；（3）掌握定時(shí)器與發(fā)聲的關(guān)系；（4）掌

2、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(pán)鍵的識(shí)別方法；（6）掌握聲音頻率的計(jì)算方法。三、主要內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)可演奏的電子琴。綜合應(yīng)用了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)（1）能產(chǎn)生純音，了解音調(diào)高低的控制方法。（2）用鍵盤(pán)代替電子琴的鍵盤(pán)，控制演奏音樂(lè)。（a）掌握串彳丁控制鍵盤(pán)鍵的識(shí)別方法；（b）根據(jù)鍵值控制發(fā)聲。（3）至少演奏一支樂(lè)曲。四、音符頻率與計(jì)數(shù)初值對(duì)照表音符頻率計(jì)數(shù)處之音符頻率計(jì)數(shù)初值音符頻率計(jì)數(shù)初值低音1220Oxefa9中音14400 xf7d8冋曰1880Oxfbef低音22470 xf173中音24940 xf8bd冋曰29880 xfc62低音32770 xf307中音3

3、5540 xf987冋曰311090 xfcc7低音42940 xf3c8中音45870 xf9e4高音411750 xfcf6低音53300 xf51e中音56590 xfa90高音513180 xfd4b低音73700 xf64c中音67400 xfb29高音614800 xfd98低音74150 xf75a中音78310 xfbb1高音716610 xfddc五、定時(shí)/計(jì)數(shù)器原理MCS-51單片機(jī)內(nèi)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位計(jì)數(shù)器，連接起來(lái)可組成16位計(jì)

4、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(lái)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)器脈沖周期相同，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。5.1方式寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時(shí)/計(jì)數(shù)器1方式字定時(shí)/計(jì)數(shù)器0方式字GATE=0時(shí)，外部中斷

5、信號(hào)不參預(yù)控制，此時(shí)，只要控制位，TRO(TRl)為1時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器就開(kāi)始計(jì)數(shù)，而不管外部中斷信號(hào)的電平為高還是為低。C/T：計(jì)數(shù)方式還是定時(shí)方式選擇位，當(dāng)為0時(shí)為定時(shí)方式，當(dāng)為1時(shí)為計(jì)數(shù)方式。Ml和M0：操作方式選擇位。對(duì)應(yīng)4種操作方式，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生復(fù)位時(shí)，TMOD各位為0。操作方式選擇如下圖：M1M0操作方式功能00方式013位計(jì)數(shù)器01方式116位計(jì)數(shù)器10方式2可自動(dòng)再裝載的8位計(jì)數(shù)器11方式3定時(shí)/計(jì)數(shù)器0分為兩個(gè)獨(dú)立計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1為串行口波特率發(fā)生器女口：若單片機(jī)晶振為12MHz，設(shè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1作定時(shí)器，以方式1工作，定時(shí)時(shí)間為5ms；定時(shí)/計(jì)數(shù)器0作計(jì)數(shù)器，以方式2工作

6、，外界發(fā)生一次事件(一個(gè)負(fù)脈沖)即產(chǎn)生溢出。解：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的初值為：X=281=255=FFH即：FFH裝入TH0,FFH裝入TL0。定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的初值為：X=2165ms/lus=EC78H即：ECH裝入TH1,78H裝入TL1。方式寄存器TMOD=00010110B=16H。5.2啟/?？刂萍拇嫫鱐CON定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器也是一個(gè)8位的特殊功能寄存器，字節(jié)地址為88H,可以位尋址。其格式如下：TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TFl(TFO)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(0)溢出標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(0)產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件置1,可向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后被硬件自

7、動(dòng)清0，也可以由程序查詢后清0.TR1(TR0)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(0)啟/?？刂莆?，由軟件置1或置0來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉定時(shí)/計(jì)數(shù)器1工作。六、中斷控制TCON用于中斷請(qǐng)求TF1TF0IE1IT1IE0IT0IT0：外部中斷請(qǐng)求觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=0時(shí)，低電平觸發(fā)；當(dāng)IT0=1時(shí),下降沿觸發(fā)。IT1外部中斷請(qǐng)求觸發(fā)方式。作用同IT0。IE0：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)發(fā)中斷請(qǐng)求時(shí)，置1,否則置0。IE1：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。作用同IE0。TF0：片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的溢出請(qǐng)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：片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，作用同TF0.6.2中斷允許寄存器IEE

8、AESET1EX1ET0EX0EA：開(kāi)中斷標(biāo)志位。當(dāng)EA=1時(shí)，CPU開(kāi)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。七、系統(tǒng)分析:7.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由矩陣鍵盤(pán)、揚(yáng)聲器、LED顯示管模塊一起組合而成。如下：揚(yáng)聲器鍵盤(pán)鼬陣小片機(jī)7.2系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)掃描鍵盤(pán)矩陣、顯示按鍵、揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符4X2行列式鍵盤(pán)識(shí)別及顯示原理如下：編碼鍵盤(pán)

9、：鍵盤(pán)本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要功能所需的硬件電路。不僅能自動(dòng)檢測(cè)被按下的鍵，并完成去抖動(dòng)、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼送往CPU。所以，編碼鍵盤(pán)接口簡(jiǎn)單、使用方便。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。鍵盤(pán)接口必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼4個(gè)基本功能。（1）去抖動(dòng):所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開(kāi)狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤。去抖問(wèn)題可通過(guò)軟件延時(shí)或硬件電路解決。（2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒(méi)有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題。常用的方法有雙鍵鎖定和N鍵輪回兩種方法。（3）被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的

10、主要問(wèn)題，一般可通過(guò)軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。（4）鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼，一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤(pán)編碼表，通過(guò)查表獲得被按鍵的鍵碼。用AT89C52的并行口P1接4X2矩陣鍵盤(pán)，以P1.0P1.3作輸入線，在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“18”序號(hào)。八、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由鍵盤(pán)矩陣、LED顯示管、揚(yáng)聲器這幾個(gè)部分組成，LED顯示管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符，最終還要完整的演唱一首歌曲。一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)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(lè)了，當(dāng)

11、然對(duì)于單片機(jī)來(lái)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(shí)/計(jì)數(shù)器T0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系正確即可。利用AT89C52的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（M0DE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階。LED顯示模塊LED顯示模塊如圖2-2所示，利用AT89S52單片機(jī)的P0端口的P0.0P0.7連接到一個(gè)七段數(shù)碼管的ah的筆段上，數(shù)碼管的公共端接電源。矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊如下：mn.irvro.iiin|FoamPO.叫.4raairsra.nwrETn131RF1.JL.揚(yáng)聲器模塊矩陣掃描揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符模塊如下

12、：8.4子系統(tǒng)（模塊）電路圖8.4.1共陽(yáng)極電路圖8.4.2上位開(kāi)關(guān)9.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)9.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件流程圖如下摸塊剖始化”放發(fā)送擱描砒:一IL血9.2本系統(tǒng)總體代碼如下：#include#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitBEEP=P1A7;sbitSDA=PMO；sbitCLK=P1A1;sbitP12=P1A2；sbitP13=P1A3；uintflag,t0,n；ucharm,q；codeucharTable8=0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf

13、8,0 x80；/數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)Codemusic=0 xfbef,0 xfbef,0 xfd4b,0 xfd4b,0 xfd98,0 xfd98,0 xfd4b,0,0,0,0 xfcf6,0 xfcf6,0 xfcc7,0 xfcc7,0 xfc62,0 xfc62,0 xfbef,0,0,0,0 xfd4b,0 xfd4b,0 xfcf6,0 xfcf6,0 xfcc7,0 xfcc7,0 xfc62,0,0,0,0 xfd4b,0,0;樂(lè)譜Codeuintfreq21=0 xefa9,0 xf173,0 xf307,0 xf3c8,0 xf51e,0 xf64c,0 xf75a,0 x

14、f7d8,0 xf8bd,0 xf987,0 xf9e4,0 xfa90,0 xfb29,0 xfbb1,0 xfbef,0 xfc62,0 xfcc7,0 xfcf6,0 xfd4b,0 xfd98,0 xfddc;/低中高音的頻率voiddelay()/延時(shí)函數(shù)uinti;for(i=0;i0 xd8fotimer0()interrupt1TH0=t0/256;TL0=t0%256;BEEP=BEEP;timer1()interrupt3n+;TH1=0 xd8;TL1=0 xf0;if(n=50)n=0;q+;TR0=0;TR1=0;voidsend(uchara)/串并轉(zhuǎn)換函數(shù)ucha

15、rj;for(j=0;j0 xd8f0/th1=0 xd8/thl=0 xf0BEEP=1;q=0;m=0;while(1)/歌曲自動(dòng)循環(huán)播放if(q=33)q=1;m=0;/自動(dòng)播放音樂(lè)if(key8_count=3&qm)t0=musicm+;if(t0=0)delay();q+;elseTH0=t0/256;TL0=t0%256;TH1=0 xd8;TL1=0 xf0;TR0=1;TR1=1;elsedelay();flag=0;/快速掃描a=0 x00;P13=1;send(a);if(P12=0)m=q=0;com=0 xfe;for(i=0;i8;i+)P13=1;send(com

16、);if(P12=0)flag=1;P13=1;send(Tablei);delay();P13=0;break;elsecom=_crol_(com,1);if(flag=1)for(j=0;j5;j+)delay();TR1=0;TR0=0;if(i=7)key8_count+;key8_count=key8_count%4;/由頻率判斷按鍵音或者播放歌曲if(key8_count=3)q+;elseswitch(key8_count)case0:t0=freqi;TH0=t0/256;TL0=t0%256;TH1=0 xd8;TL1=0 xf0;TR1=1;TR0=1;break;cas

17、e1:t0=freqi+7;TH0=t0/256;TL0=t0%256;TH1=0 xd8;TL1=0 xf0;TR1=1;TR0=1;break;case2:t0=freqi+14;TH0=t0/256;TL0=t0%256;TH1=0 xd8;TL1=0 xf0;TR1=1;TR0=1;break;case3:q+;break;十、課程設(shè)計(jì)成果：課程設(shè)計(jì)結(jié)果和要求一樣，能實(shí)現(xiàn)（1）能產(chǎn)生純音；（2）用鍵盤(pán)代替電子琴的鍵盤(pán)，控制演奏音樂(lè)，并根據(jù)鍵值控制發(fā)聲；（3）演奏一支樂(lè)曲。十一、個(gè)人總結(jié)：通過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，這些不僅僅局限于鞏固復(fù)習(xí)了課本上知識(shí)點(diǎn)，還鍛煉了自己分析問(wèn)題以及動(dòng)

18、手實(shí)際操作的能力將以前學(xué)過(guò)的零散的知識(shí)串到一起冰學(xué)以致用。小組兩個(gè)人長(zhǎng)時(shí)間的討論以及調(diào)試，本系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了按下鍵盤(pán)矩陣中的按鍵會(huì)使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放對(duì)應(yīng)的音符，同時(shí)單個(gè)程序也能播放歌曲，不足之處在于不能將按鍵和播放音樂(lè)的程序不能完美融合，只能在一定范圍內(nèi)滿足按鍵或播放歌曲一種需要。本次綜合設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過(guò)這次課程，我的硬件和軟件開(kāi)發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，更加熟悉了51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)以及它的實(shí)用，基本了解了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程和所要做的工作?；菊莆樟薈51并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過(guò)C語(yǔ)言編程的過(guò)程，使我對(duì)C語(yǔ)言的編程能力和C51單片機(jī)的功能有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法，如LED數(shù)碼管，鍵盤(pán)等，并且我學(xué)會(huì)了遇到問(wèn)題要分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。我的動(dòng)手能力得到了很大的提高，尤其是團(tuán)隊(duì)合作和溝通交流能力得到明顯鍛煉。每次實(shí)際的經(jīng)歷都會(huì)給自己帶來(lái)很多技能的提升，雖然現(xiàn)在的自己還僅僅是一名學(xué)生，可也就是學(xué)生的不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，一個(gè)又一個(gè)創(chuàng)新和進(jìn)步帶來(lái)了生活的豐富，把握實(shí)踐，成就將來(lái)，感謝老師的辛勤給我?guī)?lái)的收獲，以后更加努力。參考文獻(xiàn)：彭偉.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例.電子工業(yè)出版社.2009年李建忠單