基于51單片機(jī)簡易電子琴

...wd......wd......wd...1課題背景單片微型計算機(jī)室大規(guī)模集成電路技術(shù)開展的產(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)從基本上發(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。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，成為不可替代的一局部。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)展了分析，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)系編寫正確就可以到達(dá)我們想要的曲目。2任務(wù)要求與總體設(shè)計方案2.1設(shè)計任務(wù)與要求利用所給鍵盤的1，2，3，4，5，6，7，8八個鍵，能夠發(fā)出7個不同的音調(diào)，而且有一個按鍵可以自動播放歌曲，要求按鍵按下時發(fā)聲，松開延時一小段時間，中間再按別的鍵那么發(fā)另外一音調(diào)的聲音，當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤按下，那么快速檢測出是哪一個按鍵被按下，然后單片機(jī)的定時器啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個按下的鍵發(fā)聲的同時有另一個按鍵被按下，那么啟動中斷系統(tǒng)。前面的發(fā)音停頓，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序。發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。2.2設(shè)計方案2.2.1播放模塊播放模塊是由喇叭構(gòu)成，它幾乎不存在噪聲，音響效果較好，而且由于所需驅(qū)動功率較小，且價格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。2.2.2按鍵控制模塊電子琴設(shè)有8個按鍵，其中7個作為音符輸入，另外一個作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實現(xiàn)用戶存放的自動播放歌曲。7個按鍵分別代表7個音符，包括中音段的全部音符，通過軟硬件設(shè)計，模式轉(zhuǎn)換按鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，啟動電子琴。然后通過查詢電子琴所按下的按鍵，讀取電子琴輸入狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的程序入口，實現(xiàn)自編歌曲的。2.3總體硬件組成框圖該設(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局部組成。功能選擇功能選擇(彈奏/播放)喇叭發(fā)出聲音音頻放大AT89S52單片機(jī)鍵盤輸入喇叭發(fā)出聲音音頻放大AT89S52單片機(jī)鍵盤輸入圖2-1電子琴硬件設(shè)計框圖用P2口的高四位和P2口的第四位作為按鍵的接口，用P1口做信號輸出口。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計為了使電子琴的控制系統(tǒng)更加的方便、靈活以及穩(wěn)定性，我們對系統(tǒng)硬件進(jìn)展了簡約和優(yōu)化，使硬件更加的實用，更加的人性化，硬件電路包括中心控制模塊、播放模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位按鍵模塊四大類。3.1中心控制模塊的硬件設(shè)計這次設(shè)計的中心控制模塊是采用AT89S52單片機(jī)來控制整個系統(tǒng)。其中P2口作為輸入口，P1口為信號輸出口，P1.0連接音響驅(qū)動電路。3.2聲音播放模塊的硬件設(shè)計如以以下圖所示，為聲音的播放模塊，它接到P1.0口上，當(dāng)有按鍵按下時，它通過AT89S52中心控制芯片的識別后發(fā)出相應(yīng)的音符。圖3-1音頻放大電路3.3按鍵控制模塊和復(fù)位電路模塊的硬件設(shè)計在P2口連接有8個按鍵開關(guān)加8個拉電阻，它們一端接5伏電源，一端接地。只要有一個按鍵被按下，并被單片機(jī)掃描到，那么會播放發(fā)出音符。圖3-2上圖為按鍵復(fù)位電路圖3-3上圖為按鍵電路4單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計4.1電子琴主要電路及其芯片在電子琴主要電路設(shè)計中，我們采用了AT89S52單片機(jī)芯片，其特點及管腳封裝如下介紹一般。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存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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停頓工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashAT89S52P3口亦作為AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。上圖為AT89S52芯片的管腳圖4.2音頻功放電路LM386芯片電子琴的功放電路采用了LM386芯片，使用AT89S52驅(qū)動音頻放大芯片工作，以到達(dá)我們想要輸出的音頻效果。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)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。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動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合。圖4-1為LM386管腳封裝圖。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、電源電壓范圍大、外接元件少喝和諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。4.3揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器是一種把電平轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚(yáng)聲器和性能對音質(zhì)的上下音響很大。揚(yáng)聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式、靜電式、電磁式、壓電式等幾種，后兩種多用于農(nóng)村有線播送網(wǎng)中，按頻率范圍可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器，這些常在音箱中作為組合揚(yáng)聲器使用。在本次試驗作品中使用電磁式揚(yáng)聲器圖4-2為所使用的揚(yáng)聲器實物圖軟件是該電子琴控制系統(tǒng)的重要組成局部，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也用了模塊設(shè)計，將系統(tǒng)的各局部功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.4系統(tǒng)軟件流程識別按鍵功能識別按鍵功能開場開場T0初始化并開中斷允放T0中斷按鍵按下成功否按鍵按下成功否根據(jù)按鍵功能，裝入根據(jù)按鍵功能，裝入音符T值到T0中啟動T0工作啟動T0工作停頓T0工作停頓T0工作圖4-3軟件設(shè)計流程圖本系統(tǒng)軟件中還要是編輯電子琴播放狀態(tài)的內(nèi)容，在設(shè)計中采用匯編語言編寫了電子琴控制系統(tǒng)控制和播放內(nèi)容的程序。源程序參考附錄一主要程序：MAIN:MOVSP,#60H;初始化堆棧指針MOV30H,#00;定時器初值清零MOV31H,#00MOVP1,#0FFH;設(shè)置P1口為輸入模式MOVTOMD，#01H;設(shè)置定時器0為工作模式1SETBET0;開定時器0中斷SETBEA;開總中斷CLRTR0;關(guān)閉定時器0在程序編寫中屢次采用了判斷指令，來掃描按鍵的按下，然后把相應(yīng)的音符傳送到指定的內(nèi)存空間，使其相應(yīng)的按鍵對應(yīng)相應(yīng)的音符。源程序參考附錄一。5電路的仿真和調(diào)試Proteus的ISIS事一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，可以給我們做電路設(shè)計提供方便快捷的仿真效果，讓我們事半功倍。目前支持的單片機(jī)類型有：680以及各種外圍芯片0系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、HC11系列。圖5-1電路仿真圖5-1電子琴仿真圖把程序燒進(jìn)單片機(jī)，進(jìn)展仿真沒有問題，證明電路原理圖和程序可以使用。實物圖參考附錄二，在腐蝕焊接過程中應(yīng)該多注意燙印板子時應(yīng)盡量的小心，把該補(bǔ)的線都補(bǔ)好，等板子上的油路晾干后再進(jìn)展腐蝕，這樣可以盡量防止短線的發(fā)生。該作品的音量的大少由可調(diào)電阻器來調(diào)節(jié)，實物圖如下所示2圖5-2可調(diào)電阻器由于音頻功放電路采用了LM386芯片，使得音頻放大更加的穩(wěn)定和沒有雜音，進(jìn)一步到達(dá)了實驗?zāi)康睦硐胄Ч诖酥?，本實驗組功放電路曽一度采用簡單的三極管NPN9013放大電路來播放聲音，其仿真圖如下所示：圖5-3NPN9013功放電路仿真雖然成功，但是在做完板子調(diào)試的時候性能及其不穩(wěn)定，音響效果也很差，聲音大小無法調(diào)節(jié)，最后通過詢問教師以及同學(xué)，最后采用了LM386芯片的音頻放大電路，最終到達(dá)了實驗所要的目的。在作品板的調(diào)試過程中，本作品的復(fù)位電路的高電平和單片機(jī)沒有接好，在一開場的調(diào)試中就遇到了難題，最終在檢驗板子和檢測中找出問題，并以解決，最終到達(dá)了實驗的目的。總結(jié)將以調(diào)試好的程序燒進(jìn)AT89S52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)展了分析，并承受了基于單片機(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，但從中表到達(dá)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。謝詞在這次實訓(xùn)過程中，能夠得以順利的完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的教師，幫助過我的同學(xué)，成功是你們的幫助和鼓勵成果。在這里我要對你們表示深深的謝意！首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)教師，李靜教師，莫容教師，在實訓(xùn)過程中，提供了許多珍貴的建議，教師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不惓的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。參考資料[1]劉樂喜.微機(jī)計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].華中科技大學(xué)出版社.[2]石東海.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通.[M].西安電子科技大學(xué)出版社.[3]謝自美等.電子線路設(shè)計、實驗、測試.[M].華中科技大學(xué)出版社[4]長德，李華，李東，MC51/98系列單片機(jī)原理與應(yīng)用。[M].機(jī)械工業(yè)出版社.附錄一MOVP1,#0FFH MOVTMOD,#01H SETBET0 SETBEA CLRTR0START: MOVR3,P2 CJNER3,#0FFH,KEY1 CLRTR0 SJMPSTART KEY1: ;按鍵1,P2.0 CJNER3,#0FEH,KEY2MOV30H,#0FBH MOV31H,#0E9H MOV@R0,#0FBH ;將音階存放到R0，R1對應(yīng)的地址中 MOV@R1,#0E9H INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY2: ;按鍵2 ,P2.1 CJNER3,#0FDH,KEY3 MOV30H,#0FCH MOV31H,#5CH MOV@R0,#0FCH MOV@R1,#5CH INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY3: ;按鍵3 ,P2.2 CJNER3,#0FBH,KEY4 MOV30H,#0FCH MOV31H,#0C1H MOV@R0,#0FCH MOV@R1,#0C1H INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY4: ;按鍵4 ,P2.3 CJNER3,#0F7H,KEY5 MOV30H,#0FCH MOV31H,#0EFH MOV@R0,#0FCH MOV@R1,#0EFH INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY5: ;按鍵5 ,P2.4 CJNER3,#0EFH,KEY6 MOV30H,#0FDH MOV31H,#045H MOV@R0,#0FDH MOV@R1,#045H INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY6: ;按鍵6 ,P2.5 CJNER3,#0DFH,KEY7 MOV30H,#0FDH MOV31H,#92H MOV@R0,#0FDH MOV@R1,#92H INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY7: ;按鍵7 ,P2.6 CJNER3,#0BFH,KEY8 MOV30H,#0FDH MOV31H,#0D6H MOV@R0,#0FDH MOV@R1,#0D6H INCR0 INCR1 LJMPSET_TIMERKEY8: ;按鍵8，P2.7,用來進(jìn)入音樂自動播放?生日快樂? CJNER3,#7FH,NOKEY LCALLYYBF ;調(diào)用音樂自動播放程序 LJMPSET_TIMERSET_TIMER: SETBTR0 LJMPSTARTNOKEY: CLRTR0 LJMPSTARTINT_T0: MOVTH0,30H MOVTL0,31H CPLP1.0 RETIYYBF: CLRP1.1 numtimequ20h geweiequ21h shiweiequ22h scanledequ23h org1000h jmpYYstart org001bh jmptim0 org1100hYYstart:movtmod,#00010000bsetbeasetbet1movnumtim,#01h movr6,#2hYYstart0:mov40h,#00hnext:mova,40hmovdptr,#tablemovca,@a+dptrmovr2,ajzend0anla,#0fhmovr5,amova,r2swapaanla,#0fhjnzsingclrtr1jmpd1sing:decamov22h,arlamovdptr,#table1movca,@a+dptrmovth1,amov21h,amova,22hrlaincamovca,@a+dptrmovtl1,amov20h,asetbtr1d1:lcalldelayinc40hjmpnextend0:clrtr1 djnzr6,YYstart0 jmpmaintim0:pushaccpushpswmovtl1,20hmovth1,21hcplp1.0 ;聲音頻率輸出口P1.0 poppswpopacc