電子琴畢業(yè)設計

主要內(nèi)容、根本要求、主要參考資料等：設計一個電子琴，要求具有以下功能：〔1〕利用查詢式鍵盤，數(shù)字鍵1、2、3、4、5、6、7、8作為電子琴按鍵，按鍵按下時發(fā)出1、2、3、4、5、6、7、1的聲音。〔2〕利用定時器,可以發(fā)出不同頻率的脈沖,不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后,就會發(fā)出不同的音調(diào)。參考資料：【1】?單片機原理及接口技術(shù)?--第二版主編李全利高等教育出版社【2】?80C51單片機實踐與應用{M}?--第一版主編吳金戌，沈慶陽，郭庭吉清華大學出版完成期限：2021-12-07指導教師簽名：課程負責人簽名：年月日鄭州華信學院課程設計說明書題目：簡易電子琴設計姓名：尚玉莎院〔系〕：機電工程學院專業(yè)班級：09電氣工程一班學號：0902120210指導教師：宋東亞成績：時間：年月日至年月日目錄TOC\o"1-2"\u摘要 4引言 4一方案選取 5二原理及結(jié)構(gòu) 62.1設計簡單原理介紹 62.2設計結(jié)構(gòu)圖 62.3單片機的外部引腳簡要說明 7三硬件設計 93.1鍵盤控制模塊 9四軟件設計 104.1軟件流程圖 10五軟、硬件調(diào)試過程 115.1硬件操作步驟 115.2軟件操作步驟 12六源程序 126.1源程序 12參考文獻 14附錄 15總結(jié) 16摘要隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的開展，涌現(xiàn)出了很多電子產(chǎn)物，其中電子琴就是其一，本報告設計一個基于單片機的簡易電子琴。電子琴作為科技與音樂的產(chǎn)物，在信息化與電子化的時代，為音樂的群眾化做出了不可磨滅的奉獻，現(xiàn)在歌曲的制作，很多都需要電子琴來完成，因此它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色。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，單片機具有強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單片機為核心控制元件，設計一個電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有8個按鍵，和一個復位按鍵本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，程序簡單易懂，控制系統(tǒng)可靠，性價比擬高等，因此具有一定的實用和參考價值。關(guān)鍵詞：電子琴、鍵盤、頻率引言單片機作為微型計算機的一個很重要的分支，自問世以來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關(guān)注，因此應用廣泛，開展迅速。相對而言，單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，并且價格低廉、可靠性高、靈活性好，開發(fā)較為容易。目前，在我國，單片機已經(jīng)廣泛地用于智能儀表、機電設備過程控制、自動檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。因此，單片機的開發(fā)應用已成為高科技和工程領域的一項重大課題。在電子音樂領域，自從20世紀末期MIDI〔樂器數(shù)字化接口〕推出和逐步標準化后，各種樂器及眾多數(shù)碼音視頻產(chǎn)品中采用MIDI技術(shù)已逐漸成為一種潮流。但是當前各廠商的電子琴產(chǎn)品通常使用自己設計的專用音源，并且軟硬件均不對外公開，阻礙了MIDI技術(shù)的交流。作者在開發(fā)基于MIDI模塊的音樂發(fā)生器的過程中，進行了用單片機控制通用MIDI音源模塊的相關(guān)功能制作電子琴的實踐，制作出具有8個按鍵的MIDI電子琴，該琴支持單音和復音彈奏，單片機以標準的MIDI波特率傳送信息，通過串口連接蜂鳴器，從而獲得優(yōu)美的樂音一方案選取通過對單片機系統(tǒng)的學習和認識，我認識到通過8051單片機p1輸入到系統(tǒng)，可以完成此簡易電子琴的任務，使用80C51單片機做此電子琴是我們的不二選擇，因為在我們的課程學子中，了解和接觸最多的就是80C51，別的型號的芯片我們不熟，所以80C51是個很好的選擇。樂音實際上是有固定周期的信號，我們可以用80C51的一個定時器〔如T0〕控制，在P1.0腳上輸出方波周期信號，產(chǎn)生樂音。根據(jù)不同的按鍵，調(diào)節(jié)T0的溢出時間，可輸出不同頻率的樂音，單片機因其體積小、功能強、價格低廉而得到廣泛應用。本設計介紹用8051單片機設計微型電子琴的方法，僅需80C51最小系統(tǒng)，擴展一組小鍵盤，再加一個音頻小功放，輸出到揚聲器。這樣就做出了一臺微型電子琴。二原理及結(jié)構(gòu)2.1設計簡單原理介紹一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關(guān)系弄正確即可。假設要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期〔1/頻率〕，再將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將P1.0反相，然后重復計時再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。利用8051的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式1下，改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令計數(shù)器計時956μs/1μs＝956，每計數(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO〔523Hz〕。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式如下：N＝fi÷2÷fr式中，N是計數(shù)值；fi是機器頻率〔晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為1MHz〕；fr是想要產(chǎn)生的頻率。表2.1頻率與音符對照表音符中DO中RE中MI中FA中SO中LA中SI高DO頻率5235876596987848809881046初值64580646846477764820648986496865030650582.2設計結(jié)構(gòu)圖8051單片機根據(jù)不同的琴鍵產(chǎn)生不同的樂曲音符，并經(jīng)過信號放大，由喇叭放出。系統(tǒng)整體方案如下圖：琴鍵電路放大電路琴鍵電路放大電路P0.0P0.7P0.0P0.7P1.0單片機單片機圖2.1系統(tǒng)原理框圖2.3單片機的外部引腳簡要說明此次設計應用的單片機為80C51，設計中主要應用了它的P0口、復位RST口、片選口、外接晶振引腳和P1.0口，單片機8051的外部引腳配置如圖3.2所示:圖2.251系列的外部引腳配置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門流。當P1口的管腳第一次寫1時，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。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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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P2口被寫“1〞時，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，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1〞時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。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口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口也可作為8051的一些特殊功能口，如下表所示：表2.1P3口的第二功能P3口引腳第二功能P3.0RXD〔串行口輸入〕P3.1TXD〔串行口輸出〕P3.2INT0〔外部中斷0輸入〕P3.3INT1〔外部中斷1輸入〕P3.4T0〔定時器0外部脈沖輸入〕P3.5T1〔定時器1外部脈沖輸入〕P3.6WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出〕P3.7RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出〕三硬件設計本電子琴設計模塊主要包括鍵盤控制模塊。3.1鍵盤控制模塊電子琴設有8個按鍵，8個按鍵分別代表8個音符，從中DO到高DO，通過軟硬件設計，按某個鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，啟動電子琴，使喇叭發(fā)出各個音符的聲音，此系統(tǒng)琴鍵輸入是通過獨立式鍵盤來完成的。由于8051單片機的八位I/O口足以能實現(xiàn)控制C調(diào)各音階的輸出，并且獨立式鍵盤的編程容易易懂，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)起來方便，而且每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，所以采用獨立式鍵盤。P0.0~P0.7口分別對應琴鍵1~7輸入，如下列圖所示：圖3.1鍵盤電路圖四軟件設計4.1軟件流程圖本系統(tǒng)中下位機〔單片機80C51〕的主要功能就是實現(xiàn)音樂播放功能。其主程序流程如圖4.1和圖4.2所示。否否圖4.1主程序框圖否是是是否開始讀入鍵值用鍵值查表得到音頻相關(guān)數(shù)據(jù)啟動定時開始發(fā)聲1<鍵值<7按鍵已松開檢測鍵輸入按音頻數(shù)據(jù)設置定時器關(guān)閉定時停止發(fā)聲定時中斷定時中斷停止計時輸出音頻脈沖電平(高或低)音頻脈沖電平反轉(zhuǎn)保護現(xiàn)場恢復現(xiàn)場中斷返回圖4.2圖4.2定時中斷程序框圖五軟、硬件調(diào)試過程5.1硬件操作步驟利用實驗儀上提供的鍵盤，使數(shù)字鍵1、2、3、4、5、6、7、8作為電子琴按鍵，按下即發(fā)出相應的音調(diào)。用3.2口發(fā)出音頻脈沖,驅(qū)動喇叭。1、單片機最小應用系統(tǒng)1的P1口接查詢式鍵盤，單片機INT0口接音頻驅(qū)動電路。2、用串行數(shù)據(jù)通信線連接計算機與仿真器，把仿真器插到模塊的鎖緊插座中，請注意仿真器的方向：缺口朝上。3、翻開KeiluVision2仿真軟件，首先建立本實驗的工程文件，接著添加電子琴.ASM源程序，進行編譯，直到編譯無誤。4、進行軟件設置，選擇硬件仿真，選擇串行口，設置波特率為38400。5、翻開模塊電源和總電源，點擊開始調(diào)試按鈕，點擊RUN按鈕運行程序。按查詢式鍵盤的1～8鍵，揚聲器發(fā)出上下不同的聲音。5.2軟件操作步驟1、使用Professional軟件畫出電路圖〔如附錄所示〕。2、翻開KeiluVision2仿真軟件，首先建立本實驗的工程文件，接著添加電子琴.ASM源程序，進行編譯，直到編譯無誤。3、進行軟件設置，添加ASM源程序，進行編譯直至沒有出現(xiàn)錯誤。4、點擊按鈕進行程序。5、按電路圖中的8個鍵盤按鈕。六源程序6.1源程序Pulseequ10h；脈沖PulseCNTequ50h；脈沖計數(shù)ToneHighequ40h；高音調(diào)ToneLowequ41h；低音調(diào)Toneequ42h；音調(diào)KeyBufequ54hSpeakerBITP3.2ORG0000HljmpStartorg000bh LJMPTimer0Int ORG0030HTimer0Int:；定時中斷pushPSWclrTR0movTH0,ToneHighmovTL0,ToneLowsetbTR0movC,PulsemovSpeaker，CCPLPulsepopPSWretiToneTable:dw64578,64686,64778,64821DW64898,64968,65029,65069TestKey:MOVP1,#0FFHMOVA,P1；讀入鍵狀態(tài)retKeyTable:DB0FEH，0FDH，0FBH，0F7H；鍵值表DB0EFH，0DFH，0BFH，07FHGetKey:MOVR6,#10ACALLDELAYMOVA，P1CJNEA，#0FFH，K01；確有鍵按下LJMPMLOOPK01：MOVR3，#8；8個鍵MOVR2，#0；鍵碼MOVB，A；暫存鍵值MOVDPTR，#K0TABK02：MOVA，RMOVCA，@A+DPTR；從鍵值表中取鍵值CJNEA，B，K04；鍵值比擬MOVA，R2；得鍵碼RETK04：INCR2；不相等，到繼續(xù)訪問鍵值表MOVA，#0FFH；鍵值不在鍵值中，即多鍵同時按下LJMPMLOOPDelay:movr7,#0；延時子程序DelayLoop:djnzr7,DelayLoopdjnzr6,DelayretStart:movsp,#70hmovTMOD,#01；TimermovIE,#82h；EA=1,IT0=1movTone,#0MLoop:callTestKeyjzMLoopcallGetKeymovb,ajzMLoop；=0,<1anla,#16(10H)jnzMLoop；>7decbmova,brla；a=a*2movb,amovdptr,#ToneTablemovca,@a+dptrmovToneHigh,amovTH0,amova,bincamovca,@a+dptrmovToneLow,amovTL0,asetbTR0movP1，#OFFHWait:mova,P1CJNEA，#OFFH，WAITMOVR6，#10ACALLDELAYclrTR0ljmpMLoopend參考文獻【1】?單片機原理及接口技術(shù)?--第二版主編李全利高等教育出版社【2】?80C51單片機實踐與應用{M}?--第一版主編吳金戌，沈慶陽，郭庭吉清華大學出版附錄電路圖元器件表單片機AT89C51查詢式鍵盤10K電阻〔8個〕揚聲器總結(jié)經(jīng)過兩周的單片機課程設計，是我學習到了很多知