南京工程學院單片機課程設(shè)計報告-電子琴

可修編可修編目錄目錄1一、設(shè)計任務〔要求〕1二、總體案2三、原理框圖3四、系統(tǒng)模塊詳細設(shè)計與調(diào)試4〔一〕鍵盤掃描模塊4〔二〕數(shù)碼管顯示模塊4〔三〕音調(diào)編碼讀取模塊5〔四〕定時器中斷模塊5五、設(shè)計總結(jié)6六、參考文獻7七、附件材料7一、設(shè)計任務〔要求〕利用51系列單片機、按鍵、揚聲器等器件，設(shè)計一個電子琴。具體功能要求如下：設(shè)計鍵盤電路，使其具有數(shù)字鍵1、2、3、4、5、6、7、8、9作為電子琴按鍵，演示鍵口￡乂0,其中1~7號鍵按下后即發(fā)出相應的音調(diào)。8號鍵按下后依次發(fā)出“1、2、3、4、5、6、7〞音調(diào)，9號鍵按下后依次發(fā)出“7、6、5、4、3、2、1〃音調(diào)，按下口￡乂0鍵，自動演示一首歌曲，用單片機某一接口發(fā)出音頻脈沖,驅(qū)動揚聲器發(fā)音。利用定時器定時,可以發(fā)出不同頻率的脈沖,不同頻率的脈沖經(jīng)揚聲器驅(qū)動電路放大濾波后,就會發(fā)出不同的音調(diào).定時器按設(shè)置的定時參數(shù)產(chǎn)生中斷,一次中斷發(fā)出脈沖低電平,下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平.由于定時參數(shù)不同,就發(fā)出了不同頻率的脈沖.按鍵一次,發(fā)50個脈沖.發(fā)完后繼續(xù)檢測鍵盤，如果鍵還按下，繼續(xù)發(fā)音，發(fā)脈沖個數(shù)的多少可以決定節(jié)拍的長短。二、總體案按照設(shè)計任務〔要求〕，電子琴的主要涉及以下幾個模塊：1、定時器控制不同頻率發(fā)音；2、矩陣鍵盤的掃描；3、除此以外，我還在本次設(shè)計中參加了數(shù)碼管顯示，分別顯示當前彈奏的音符。于是又多了數(shù)碼管顯示模塊；實現(xiàn)案：通過不斷地鍵盤進展掃描。當有按鍵按下時，執(zhí)行該按鍵對應的程序，包括：發(fā)出相應的音符或音樂、數(shù)碼管顯示當前音符。當按鍵松開，將音符停頓發(fā)出，如果是音樂，將進展演奏。其中，不同的音符，采用定時器中斷，從而發(fā)出不同的音符。即改變不同的定時器初始值。對于音樂的音符，采用自編的特殊編碼，以便程序的調(diào)用。本程序的設(shè)計采用了三位數(shù)編碼，即：利用三位數(shù)表示一個音符。第一位由1-7組成，表示音符1-7；第二位由1-4組成，表示音階的低、中、高和超高；第三位由1-9組成，表示該音階的拍數(shù)，計算式是1/2拍x數(shù)字。例如：6,2,2……表示一拍中音6；4,3,1……表示半拍高音4。關(guān)于對音符編碼的調(diào)用，設(shè)一個音的編碼為〃,b,。那么，調(diào)用的頻率參數(shù)為bx7+a,該參數(shù)用于修改定時器初始值；調(diào)用的時間參數(shù)為J該參數(shù)用于修改定時器執(zhí)行時間。三、原理框圖否是否鍵盤按、,是讀取當前第一個音符各模塊初始化’顯示對應音符,顯示音樂編號鍵盤掃描開場、,無動作按鍵9-13否是否鍵盤按、,是讀取當前第一個音符各模塊初始化’顯示對應音符,顯示音樂編號鍵盤掃描開場、,無動作按鍵9-13播放音樂〔5個〕按鍵14-16判別按鍵彈奏單音節(jié)〔〔8個〕按鍵1-8四、系統(tǒng)模塊詳細設(shè)計與調(diào)試〔一〕鍵盤掃描模塊1、矩陣鍵盤工作原理矩陣鍵盤的按鍵設(shè)在行、列線的交點上。行線通過上拉電阻接到+5V電源上。無鍵盤按下時，行線出于高電平狀態(tài)；當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由此按鍵相連接的列線的電平?jīng)Q定。2、設(shè)計思路通過掃描法識別鍵盤。即，先將某一列線置為低電平，其余各列線置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線電平的為低電平，就可以確立此行此列穿插點處的按鍵被按下?！捕硵?shù)碼管顯示模塊1、硬件電路數(shù)碼管的顯示，是通過74LS374鎖存器來實現(xiàn)的。段選和位選分別是P3.5和P3.4。數(shù)據(jù)的輸出為P0口?！苍斠姼戒浺唬河布韴D〕2、設(shè)計思路通過分別控制段選、位選鎖存器的導通〔低電平〕、鎖存信號〔高電平〕。從而分時給數(shù)碼管寫入數(shù)據(jù)并鎖存?！踩骋粽{(diào)編碼讀取模塊1、編碼規(guī)那么本程序的設(shè)計采用了三位數(shù)編碼，即：利用三位數(shù)表示一個音符。第一位由1-7組成，表示音符1-7；第二位由1-4組成，表示音階的低、中、高和超高；第三位由1-9組成，表示該音階的拍數(shù)，計算式是1/2拍x數(shù)字。例如：6,2,2……表示一拍中音6；4,3,1……表示半拍高音4。2、讀取式首先讀取前兩位數(shù)，以確定音調(diào)。然后讀取最后一位，以確定拍數(shù)〔時間〕。然后依次遞增3位。音調(diào)確定后，通過查表獲取定時器初始值，并調(diào)用定時器中斷。拍數(shù)，即定時器中斷執(zhí)行的循環(huán)次數(shù)，以此來控制聲音的時間?！菜摹扯〞r器中斷模塊1、定時器的調(diào)用本程序的設(shè)計采用定時器中斷的法來使蜂鳴器發(fā)出不同的頻率聲音，從而實現(xiàn)電子琴的音調(diào)。定時器的初始值不同，產(chǎn)生的頻率也就不同。定時器的調(diào)用是循環(huán)不斷的，它的循環(huán)包括兩類：一類是一個音節(jié)頻率的循環(huán)，從而控制一個拍數(shù)的長短；另一類是下一個音節(jié)的到來，重新寫入初值，直至完畢標志位的到來，即0,0,0。如果再調(diào)用程序中，再參加一個整體循環(huán)，那么可以反復執(zhí)行音樂播放。即，檢測到完畢標志后，重新播放音樂而不連續(xù)?！脖境绦颍瑳]有使用該循環(huán)?！?、初始值的生成與寫入定時器的初始值，是通過網(wǎng)絡(luò)搜索得到的，不同的初值代表著會發(fā)出不同頻率的音調(diào)。將它制成表，以便程序讀取。五、設(shè)計總結(jié)我課程設(shè)計的題目是電子琴的設(shè)計。主要用的了之前所學的定時器中斷、矩陣鍵盤掃描、數(shù)碼管顯示、C51編程等相關(guān)的單片機及接口技術(shù)的知識和理論。在課設(shè)中，也充分的做到了學以致用，把之前所學的知識應用的實際當中去。同時，也通過實踐來檢驗之前所學的理論，發(fā)現(xiàn)了很多對理論知識的誤解。這些，也都在實踐中得到了很好的彌補。在設(shè)計程序的初始階段，我本打算一次性完成任務，但每次嘗試都以失敗告終。后來，我學會了分模塊處理問題，逐一突破。這也是我在此次課程設(shè)計中的一大收獲。讓我充分懂得了，如去處理一個較大的工程工程。首先，我先實現(xiàn)了使單片機發(fā)出不同音調(diào)的根本功能，然后開場考慮鍵盤掃描。但是在調(diào)試時，總是出現(xiàn)BUG。在局部按鍵按下后，蜂鳴器會一直響，無法終止。這個問題一直困擾了我很久,嘗試了很多法都沒能成功，終于在一天早上醒來后的第一次嘗試，終于成功了，即在鍵盤掃描中參加一個程序，當音樂執(zhí)行到完畢標志后，此時假設(shè)沒有鍵盤被按下時，令蜂鳴器停頓鳴叫不做任響應，直至有鍵盤再被按下。最后，我將兩個模塊進展結(jié)合，于是便成功的寫出了電子琴的程序。而且成功進展了調(diào)試。第一天驗收，教師讓我再參加數(shù)碼管顯示功能。于是，我又寫了數(shù)碼管顯示模塊的程序。數(shù)碼管顯示是通過鎖存器來完成的。當我程序?qū)懲曛筮M展調(diào)試，數(shù)碼管沒有進展顯示，屢次調(diào)試發(fā)現(xiàn)：只有長時間按下按鍵才會有相應字符顯示。于是我嘗試把段選信號的選通與鎖存指令和P0數(shù)據(jù)寫在一起，這樣就可以立即顯示當前字符了。第二天驗收，順利通過。事后，我又采用了外部中斷的法進展電子琴的模式切換等其他功能，從而不斷地豐富了電子琴的功能。同時，也對程序進展了整理，使程序更加規(guī)、美觀、易讀?？偠灾舜握n設(shè)，我學的東西很多。也深深地懂得理論不進展實際，是不行的。只有通過實踐才能檢驗自己對理論知識的理解和掌握。在寫程序的時候，一定要有良好的習慣，格式要有自己的排版式，不能混亂。這樣易于檢查和調(diào)整。通過這次課設(shè)。大大提高了我對單片機以及編程的能力與信心。我相信，以后通過自己的不斷深入的學習，我一定能夠熟練的運用單片機到實際當中去。六、參考文獻升，?單片機原理與接口技術(shù)?，：大學，2011年7月；網(wǎng)友：lv_xiaowei，?音調(diào)與頻率對應關(guān)系表?，wenku.baidu./view/d90a081a6edb6f1aff001f45.html，2012年01月03日；七、附件材料附錄一：硬件原理圖附錄二：程序清單及說明附錄三：元器件清單

附錄四：實物圖/***********************************************************課程設(shè)計：電子琴〔工程學院自動化學院〕開發(fā)平臺：AT80C52程序設(shè)計：施國慶203100423********************************************************/* /oooooooooooo ooo/\/ooooooooooo ooo/// ////////I///LOVE//U/////////___//////////////////////////_//***************************\ \ \_*/******************************/***********************************頭文件***********************************************************#include<reg51.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitspeaker=P3節(jié)；sbita0=P2P;sbita1=P21;sbita2=P22sbita3=P23sbita4=P2%;sbitb2=P32sbitb4=P3%;sbitb5=P3巧；unsignedchartimer0h,timer0l;voidjian();// /***********************************************************音調(diào)設(shè)置及數(shù)碼管編碼**************************************************************///頻率-半期數(shù)據(jù)表高八位codeunsignedcharFREQH[]={0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,//低音12345670xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,//1,2,3,4,5,6,70xFC,0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,//高音12345670xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF};//超高音1234567//頻率-半期數(shù)據(jù)表低八位codeunsignedcharFREQL[]={0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,//低音12345670x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,//1,2,3,4,5,6,70x8F,0xEE,0x44,0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,//高音12345670x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16};//超高音1234567// unsignedcharconstdisplay[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};/***********************************************************樂譜及其獨立音調(diào)***********************************************************// 樂譜 //codeunsignedcharsszymmh[]={6,2,3,5,2,1,3,2,2,5,2,2,1,3,2,6,2,1,5,2,1,6,2,4,3,2,2,5,2,1,6,2,1,5,2,2,3,2,2,1,2,1,6,1,1,5,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,3,3,2,1,5,2,2,5,2,1,6,2,1,3,2,2,2,2,2,1,2,4,5,2,3,3,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,5,1,6,0,0,0};codeunsignedchardfc[]={5,2,2,6,2,2,5,2,2,3,2,1,2,2,1,1,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,5,1,4,6,1,1,6,1,2,5,1,1,6,1,1,6,1,2,5,1,1,5,2,3,3,2,1,2,2,4,5,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,2,2,4,1,2,1,2,2,1,6,1,1,1,2,1,2,2,4,2,2,1,2,2,1,2,2,1,3,2,1,5,2,2,5,2,1,6,2,1,1,2,3,6,1,1,1,2,1,0,0,0};codeunsignedcharsheng[]={1,2,2,2,2,2,3,2,2,4,2,2,5,2,2,6,2,2,7,2,2,1,3,2,0,0,0};codeunsignedcharjiang[]={1,3,2,7,2,2,6,2,2,5,2,2,4,2,2,3,2,2,2,2,2,1,2,2,0,0,0};codeunsignedcharsongbie[]={5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,4,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,1,2,1,2,2,1,3,2,2,2,2,1,1,2,1,2,2,4,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,2,1,1,2,4,6,2,2,1,3,2,1,3,4,7,2,2,6,2,1,7,2,1,1,3,4,6,2,1,7,2,1,1,3,1,6,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,1,2,1,2,2,4,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,3,2,2,1,2,1,2,2,1,3,2,2,2,2,1,1,2,1,2,2,4,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,2,1,1,2,4,0,0,0};// 單音 //codeunsignedchardou[]={1,2,1,0,0,0};codeunsignedcharre[]={2,2,1,0,0,0};codeunsignedcharmi[]={3,2,1,0,0,0

};codeunsignedcharfa[]={4,2,1,0,0,0,};codeunsignedcharso[]={5,2,1,0,0,0};codeunsignedcharla[]={6,2,1,0,0,0};codeunsignedcharxi[]={7,2,1,0,0,0};codeunsignedchardoo[]={1,3,1,0,0,0};/**************************************************************時間參數(shù)：延時、定時器中斷**************************************************************voidt0int()interrupt1//T0中斷程序，控制發(fā)音的音調(diào){TR0=0；〃先關(guān)閉T0speaker=!speaker;//輸出波,發(fā)音TH0=timer0h；//下次的中斷時間,這個時間,控制音調(diào)上下TL0=timer0l；TR0=1;//啟動T0}// voiddelay(unsignedchart)//延時程序，控制發(fā)音的時間長度{unsignedchart1;unsignedlongt2;for(t1=0;t1<t;t1++)〃雙重循環(huán)，共延時t個半拍for(t2=0;t2<8000;t2++);//延時期間，可進入T0中斷去發(fā)音TR0=0;//關(guān)閉T0,停頓發(fā)音}voidjpdelay(void){unsignedchari;for(i=300;i>0;i--);}/***********************************************************聲頻驅(qū)動程序***********************************************************voidsong(unsignedchartime)//演奏一個音符{a3=0;TH0=timer0h;//控制音調(diào)TL0=timer0l;TR0=1;〃啟動T0,由10輸出波去發(fā)音delay(time);//控制時間長度}/***********************************************************聲頻調(diào)用程序***********************************************************// 單音節(jié) //voidyin1(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=dou[i]+7*dou[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=dou[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin2(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=re[i]+7*re[i+1]-1；//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k]；//實際上,是定時的時間長度time=re[i+2]；//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin3(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=mi[i]+7*mi[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=mi[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin4(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=fa[i]+7*fa[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=fa[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin5(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=so[i]+7*so[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=so[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin6(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=la[i]+7*la[i+1]-1；//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k]；//實際上,是定時的時間長度time=la[i+2]；//讀出時間長度數(shù)值i+=3；song(time)；//發(fā)出一個音符}}voidyin7(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=xi[i]+7*xi[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=xi[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidyin8(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=doo[i]+7*doo[i+1]-1;〃第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=doo[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}// 音樂 //voidmusic1(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=songbie[i]+7*songbie[i+1]-1;//第》個是音符，第》+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=songbie[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidmusic2(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=dfc[i]+7*dfc[i+1]-1;〃第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=dfc[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidmusic3(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=sheng[i]+7*sheng[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=sheng[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidmusic4(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=jiang[i]+7*jiang[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度time=jiang[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符}}voidmusic5(void){unsignedchark,i,time;TMOD=1;ET0=1;EA=1;i=0;time=1;while(time){k=sszymmh[i]+7*sszymmh[i+1]-1;//第i個是音符，第i+1個是第幾個八度timer0h=FREQH[k];//從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值timer0l=FREQL[k];//實際上,是定時的時間長度

time=sszymmh[i+2];//讀出時間長度數(shù)值i+=3;song(time);//發(fā)出一個音符/***********************************************************鍵盤掃描***********************************************************/ucharkeyscan(void)//鍵盤掃描函數(shù)，使用行列反轉(zhuǎn)掃描法uchar^m』2。辦」;//行列值中間變量P2=0x0f;//行線輸出全為0cord_h=P2&0x0f;//讀入列線值if(cord_h!=0x0f)P2=0x0f;//行線輸出全為0cord_h=P2&0x0f;//讀入列線值if(cord_h!=0x0f)//先檢測有無按鍵按下//去抖cord_h=P2&0x0f;//讀入列線值P2=cord_h|0xf0;//輸出當前列線值cord_l=P2&0xf0;//讀入行線值//去抖cord_h=P2&0x0f;//讀入列線值P2=cord_h|0xf0;//輸出當前列線值cord_l=P