單片機(jī)課程設(shè)計(jì)簡易電子琴

《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名學(xué)號院系班級指導(dǎo)教師2012年6月目錄一課程設(shè)計(jì)目的?????????????????????3二.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容????????????????????31、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求????????????????????3（1）設(shè)計(jì)任務(wù)????????????????????3（2）設(shè)計(jì)要求????????????????????3三、設(shè)計(jì)的基本方案及步驟????????????????41、方案???????????????????????42、步驟???????????????????????4四、硬件電路設(shè)計(jì)及描述??????????????????51．4x4矩陣鍵盤控制模塊??????????????52.發(fā)聲模塊????????????????????63.顯示模塊????????????????????74.設(shè)計(jì)的核心部件及其外圍基本電路?????????7五、軟件設(shè)計(jì)思想及流程?????????????????10六、調(diào)試過程及調(diào)試方法?????????????????11七、課程設(shè)計(jì)體會????????????????????11八、參考文獻(xiàn)??????????????????????12附錄????????????????????????13一、課程設(shè)計(jì)目的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)作為獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)，是自動化及相關(guān)專業(yè)集中實(shí)踐性環(huán)節(jié)系列之一，是學(xué)習(xí)完《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程后，并在進(jìn)行相關(guān)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合練習(xí)。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生通過查閱資料，接口設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，完成一個基于MCS-51系列單片機(jī)，涉及多種資源應(yīng)用，并且有綜合功能的小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐罚娮釉骷确矫娴闹R進(jìn)一步加深認(rèn)識，同時(shí)在軟件編程，調(diào)試，相關(guān)儀器設(shè)備和相關(guān)軟件的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。使學(xué)生增進(jìn)對單片機(jī)的感性認(rèn)識，加深對單片機(jī)理論方面的理解，加深單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷，片內(nèi)外存儲器，I/O接口，串行口等。使學(xué)生了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程，方法及實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)化單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與分析能力。提高學(xué)生在單片機(jī)應(yīng)用方面的實(shí)踐技能和科學(xué)作風(fēng)，培育學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識解決問題的能力。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù)基于MCS系列單片機(jī)AT89C51。設(shè)計(jì)一個簡易電子琴（2）設(shè)計(jì)要求a.利用所給鍵盤的1，2，3，4，5，6，7，8八鍵，能夠發(fā)出8個不同的音符。b.并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開延時(shí)一段時(shí)間停止，中間再按別的鍵則發(fā)出另一音符的聲音。c.使用LED數(shù)碼管顯示8個不同的音調(diào)。d.如果在一個按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一鍵被按下，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音。e.@增加變調(diào)鈕“UP1”,“UP2”,“DN1”,“DN2”,在按下“0—8”音符時(shí)，變調(diào)鍵，產(chǎn)生相應(yīng)的變調(diào)，使用LED數(shù)碼管顯示變調(diào)情況。f.☆其它功能二、設(shè)計(jì)的基本方案及步驟（1）方案該課題主要由軟件及其硬件兩個基本部分共同完成。硬件主要部分：4x4矩陣式鍵盤（主要用于音符的輸入以及變調(diào)的鍵值輸入，其與單片機(jī)的P0口連接）.MCS51-AT89單片機(jī)芯片.兩位LED數(shù)碼管顯示器.以及一些基本外圍電路。軟件主要部分：運(yùn)用c語言進(jìn)行相應(yīng)的編程，其主要包括控制按鍵掃描程序，發(fā)聲主程序，以及顯示程序。圖1電路設(shè)計(jì)總體框圖（2）步驟在程序中根據(jù)相應(yīng)的音符只做一個頻率表，當(dāng)單片機(jī)檢測到鍵值的時(shí)候，主程序?qū)⒆詣诱{(diào)用表格中的程序，發(fā)出相應(yīng)的信號驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)LED數(shù)碼管顯示其鍵值（音調(diào)）。本設(shè)計(jì)的題目包括，按鍵程序，主程序等幾個部分組成。圖2簡易電子琴設(shè)計(jì)流程圖三.硬件電路設(shè)計(jì)及描述圖3簡易電子琴設(shè)計(jì)電路1、4x4矩陣鍵盤控制模塊圖44x4矩陣鍵盤模塊圖矩陣式鍵盤的按鍵識別方法：行掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。a.判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線置低電平，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個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。b.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5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。圖5按鍵運(yùn)行框圖2.發(fā)聲模塊圖6揚(yáng)聲器與單片機(jī)的連接方式圖揚(yáng)聲器連接在P3.0/RXD口，當(dāng)有鍵盤按下時(shí)候，單片機(jī)會通過程序調(diào)用相應(yīng)鍵值，由P3.0/RXD輸出對應(yīng)的頻率信號，從而驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖7揚(yáng)聲器運(yùn)行圖3.顯示模塊圖82位LED數(shù)碼管與單片機(jī)的連接圖圖1－6中1、2是公共端，控制位碼，控制那個數(shù)碼管亮（左右），如果是共陰的則接低電平，若為供陽的則相反。，a-g、dp是控制斷碼，控制9個二極管的亮暗，可以直接接51的輸出口（P0要加上拉電阻），如果是共陰的則接高電平來使數(shù)碼管亮，若為供陽的則相反。用8位碼控制，用16進(jìn)制表示！二極管從最上面順時(shí)針分別為a,b,c,d,e,f中間橫線為g，點(diǎn)為dp。4、設(shè)計(jì)的核心部件及其外圍基本電路圖9設(shè)計(jì)的核心部件及其外圍基本電路AT89C51簡介本次簡易電子琴設(shè)計(jì)系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，融合常見電路模塊：查詢式鍵盤接口電路模塊和喇叭驅(qū)動電路模塊。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部除CPU外，7還包括128字節(jié)RAM，21個SFR，4個8位并行I／O口，1個全雙工串行口，2個16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，片內(nèi)集成4K字節(jié)ROM，具有低功耗、速度快等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，而且所用器件都具有通用性。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。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指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列VCC：供電電壓、GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0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口是一個內(nèi)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4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)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，這是由于內(nèi)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口為一個內(nèi)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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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，口管腳備選功能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)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(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，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對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)存儲器時(shí)，將跳過一個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)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。9XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。四、軟件設(shè)計(jì)思想及流程在程序中根據(jù)相應(yīng)的音符只做一個頻率表，當(dāng)單片機(jī)檢測到鍵值的時(shí)候，主程序?qū)⒆詣诱{(diào)用表格中的程序，發(fā)出相應(yīng)的信號驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)LED數(shù)碼管顯示其鍵值（音調(diào)）。本設(shè)計(jì)的題目包括，按鍵程序，主程序等幾個部分組成。圖10簡易電子琴設(shè)計(jì)流程圖六、調(diào)試過程及調(diào)試方法由于本次設(shè)計(jì)并沒有進(jìn)行實(shí)際硬件的實(shí)做，所以我們本次對硬件的調(diào)試過程僅僅局限于電路圖的修改調(diào)試。最開始顯示器不能顯示，于是我們就進(jìn)行源代碼的檢查，最后得到了想要的結(jié)果。圖11簡易電子琴調(diào)試之后運(yùn)行圖七、課程設(shè)計(jì)體會在過去的一周里，我們進(jìn)行了單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。首先我們查閱電子琴的相關(guān)資料，熟悉了解一般電子琴的工作原理。在對于電子琴有了基本的了解之后，我們開始了我們基于單片機(jī)的簡易電子琴的總體方案設(shè)計(jì)。如何發(fā)出不同頻率的聲音？鍵盤用什么實(shí)現(xiàn)？需要用Ａ/Ｄ，Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換嗎？如果需要，該如何連接芯片？能做出電子琴音色調(diào)控裝置嗎？如何改變電子琴的音色？I/O口該如何擴(kuò)展？能夠控制電子琴聲音的強(qiáng)弱嗎？一系列的問題堆在我們面前，亟待解決。由于單片機(jī)這門課應(yīng)用性特別強(qiáng)，需要多動手去實(shí)踐才能切實(shí)地學(xué)好，而我們平時(shí)太缺少這樣的實(shí)踐機(jī)會，因此對于單片機(jī)的很多問題仍然是一知半解。面對這么多問題，一個接一個，我們一開始都很泄氣。但是，當(dāng)生活不允許你說不的時(shí)候，你是沒有選擇的。有句話說的好，一個人的潛能往往在絕境中才會釋放出來。我11們就處于這樣的境地，所以也就不得不拼命開始看單片機(jī)的相關(guān)資料。但是我們想過各種各樣的辦法，但都存在問題，程序無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。顯示器不會顯示、發(fā)生器發(fā)出不了聲音等等。于是我們就慢慢的理清思路重新設(shè)計(jì)，終于我找到了方法，做成了這次課程設(shè)計(jì)。在次，我感謝老師們?yōu)槲覀儼才诺恼n程設(shè)計(jì)，通過這次課程設(shè)計(jì)我們把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，使我們對單片機(jī)的理解更加深入。八、參考文獻(xiàn)1.吳亦鋒，陳德為，馮維杰，曹雙貴，許艷，《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》。北京：電子工業(yè)出版社，2010.112.周向紅.《51單片機(jī)課程設(shè)計(jì)》武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.附錄BUFFEQU30HhimilowEQU7FHSTH0EQU31HSTL0EQU32HTEMPEQU33HORG00HLJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0START:MOVTMOD,#01H;設(shè)置T0工作方式SETBET0SETBEA;啟動T0MAIN:MOVP1,#0FFH;P1全置1CLRP1.4;開始掃描第一行MOVA,P1ANLA,#0FH;屏蔽高四位XRLA,#0FH;低位有”0”則有鍵按下，否則無JZKKEY1;判斷有無鍵按下，有則繼續(xù)，沒有則轉(zhuǎn)移到KKEY1LCALLDELY10MS;調(diào)用延時(shí)程序MOVA,P1;重新開始判斷有無鍵按下ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY1MOVA,P1ANLA,#0FH;CJNEA,#0EH,CKK1MOVBUFF,#0LJMPNDK1CKK1:CJNEA,#0DH,KK2MOVBUFF,#1LJMPNDK1KK2:CJNEA,#0BH,KK3MOVBUFF,#2LJMPNDK1KK3:CJNEA,#07H,KK4MOVBUFF,#3LJMPNDK1KK4:NOPNDK1:LCALLDISP求鍵值;相等說明該行第一列有鍵按下，不等則轉(zhuǎn)移;該鍵值為0;跳到NDK1執(zhí)行相應(yīng)的功能程序;相等說明該行第二列有鍵按下，不等則轉(zhuǎn)移;該鍵值為1;跳到NDK1執(zhí)行相應(yīng)的功能程序;相等說明該行第三列有鍵按下，不等則轉(zhuǎn)移;該鍵值為2;跳到NDK1執(zhí)行相應(yīng)的功能程序;相等說明該行第四列有鍵按下，不等則轉(zhuǎn)移;該鍵值為2;跳到NDK1執(zhí)行相應(yīng)的功能程序13LCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPNDK1A:AB;因?yàn)椴楸砝锒际亲?，所以?的查表數(shù)據(jù);指向表頭;將數(shù)據(jù)高位送TH0;將數(shù)據(jù)低位送TH0;啟動定時(shí)器T0;關(guān)閉定時(shí)器T014LCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1MOVA,BUFFMOVA,BUFFMOVB,#2MULMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZNDK1ACLRTR0CPLP2.1KKEY1:MOVP1,#0FFH;開始掃描第二行CLRP1.5MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY2LCALLDELY10MSMOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY2MOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,KK5MOVBUFF,#4LJMPNDK2KK5:CJNEA,#0DH,KK6MOVBUFF,#5LJMPNDK2KK6:CJNEA,#0BH,KK7MOVBUFF,#6LJMPNDK2KK7:CJNEA,#07H,KK8MOVBUFF,#7LJMPNDK2KK8:NOPNDK2:LCALLDISP;延時(shí)10ms鍵按下鍵按下鍵按下鍵按下15;K5;K6;K7;K8LCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPNDK2A:16LCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPMOVA,BUFFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZNDK2ACLRTR0CPLP2.1KKEY2:MOVP1,#0FFH;開始掃描第三行CLRP1.6MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY3LCALLDELY10MSMOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY3MOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,KK9MOVBUFF,#8LJMPNDK3KK9:CJNEA,#0DH,KK10MOVBUFF,#9LJMPNDK3KK10:CJNEA,#0BH,KK11MOVBUFF,#10LJMPNDK3KK11:CJNEA,#07H,KK12MOVBUFF,#11LJMPNDK3KK12:NOPNDK3:LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPNDK3A:18LCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPLCALLDISP1LCALLDISPMOVA,BUFFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZNDK3ACLRTR0CPLP2.1KKEY3:MOVP1,#0FFH;開始掃描第四行CLRP1.7MOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY4LCALLDELY10MSMOVA,P1ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZKKEY4MOVA,P1ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,KK13MOVBUFF,#12LJMPNDK4KK13:CJNEA,#0DH,KK14MOVBUFF,#13LJMPNDK4KK14:CJNEA,#0BH,KK15MOVBUFF,#14LJMPNDK4KK15:CJNEA,#07H,KK16MOVBUFF,#15LJMPNDK4KK16:NOPNDK4:LCALLDISPLCALLDI