基于單片機(jī)的電子琴課程設(shè)計報告

---..-總結(jié)資料本科課程設(shè)計課程名稱：單片機(jī)原理與接口技術(shù)設(shè)計項目：簡易電子琴設(shè)計實驗地點：跨越機(jī)房專業(yè)班級：通信0901學(xué)號：2009001330學(xué)生XX：田野同組人：李剛瑛梁邦爽指導(dǎo)教師：武娟萍2012年05月26日一、設(shè)計目的本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為核心，采用常用電子器件設(shè)計。要求最少8個按鍵，每個按鍵對應(yīng)一種音調(diào)，按下按鍵發(fā)聲，松開按鍵后聲音延遲一段時間后停止，即帶余音的電子琴，延時時間可以設(shè)置，要求最少8個不同音調(diào)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的音調(diào)設(shè)計。本次課程設(shè)計主要研究基于AT89C51單片機(jī)的簡易電子琴設(shè)計二、設(shè)計器材AT89C51,蜂鳴器，PNP型三極管，晶振，獨立按鍵三、總體設(shè)計方案1．設(shè)計思路此次設(shè)計硬件電路分四大模塊較為簡單，主要由獨立按鍵、單片機(jī)AT89C51、音頻功放及揚聲器構(gòu)成。以AT89C51為主控器件，對其進(jìn)行編譯，達(dá)到我們的設(shè)計要求。對于軟件部分下面有詳細(xì)介紹。2.電路總設(shè)計框圖如圖1：單片機(jī)單片機(jī)AT89C51按鍵功率放大電路揚聲器圖1電路總設(shè)計框圖3．音頻放大電路在一定頻率X圍內(nèi)，具有固定頻率的振動就能產(chǎn)生音樂，但是單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為他沒有足夠的驅(qū)動能力，需要音頻功率放大電路。這里選用PNP型三極管來驅(qū)動蜂鳴器，是音響效果更為理想，音頻功放電路接口如圖2所示：圖2音頻放大電路4．音樂播放電路對于播放一首固定音樂，不僅要知道音符也要知道節(jié)拍，對應(yīng)節(jié)拍延時時間設(shè)定表，對單片機(jī)進(jìn)行編程就可以實現(xiàn)功能。放歌產(chǎn)生電路如圖3，其中單片機(jī)的P3.0口控制音樂開始播放控制端口，P3.2口是控制音樂停止播放的控制端口，當(dāng)小按鍵S10按下時P3.0口獲得低電平，音樂開始重復(fù)播放，當(dāng)小按鍵S9按下時，P3.2口獲得低電平，經(jīng)過單片機(jī)的處理，音樂停止播放，單片機(jī)回到最初工作狀態(tài)。而P2口的每個端口都連接一個按鍵，分別控制1，2，3，4，5，6，7，˙1八個不同的音符。圖3音樂播放電圖5．總體電路圖如下圖：圖4總體電路圖，四、設(shè)計原理分析1．產(chǎn)生聲音的方法：只要讓揚聲器通過產(chǎn)生大小變化的電流（脈動電流或交流），就能使揚聲器發(fā)出聲音，因此若以程序不斷的輸出1—0—1—0—1……就可以令揚聲器發(fā)出聲音，由于MCS—51系列的輸出端口輸出電流不夠大，所以必須加上晶體管把電流放大后再驅(qū)動揚聲器，如圖2所示。圖6則是產(chǎn)生聲音的基本流程圖，只要改變半周期t的時間，即可改變輸出頻率。開始開始P3.7=0延時tP3.7=1延時t圖6產(chǎn)生聲音的基本流程圖2．決定程序中參數(shù)的方法：C調(diào)各音階的參數(shù)及代碼如表1所示，根據(jù)此表中的頻率可計算出程序中所需的延時參數(shù)，現(xiàn)在以中音DO說明如下：表1C調(diào)各音階的參數(shù)及代碼音階DOREMIFASOLASI音符高音1高音2高音3高音4高音5高音6高音7頻率/HZ522587659700780880988延時參數(shù)63565047423733音長參數(shù)6573828898110124音階代碼21222324252627音符中音1中音2中音3中音4中音5中音6中音7頻率/HZ262294330349392440494延時參數(shù)12611310095857567音長參數(shù)33374144495562音階代碼11121314151617音符低音1低音2低音3低音4低音5低音6低音7頻率/HZ131147165175196220247延時參數(shù)254226201190170150134音長參數(shù)16182122252831音階代碼01020304050607特殊功能休止符重復(fù)演奏停止演奏簡譜0音階代碼0040255DO的頻率為262HZ，所以周期T=1/f=1/262s=3816μs半周期t=T/2=1908μs若以程序：MOVR6,#DATA；1周ACALLDELAY；2周共需耗時3個機(jī)器周期，即耗時1μs×3=3μsDELAY:MOVB,R6；2周需耗時2個機(jī)器周期，即耗時1μs×2=2μsDL:MOVR7,#6；1周DJNZR7,$；2周DJNZR6,DL；2周此循環(huán)部分，每執(zhí)行一次共需耗時15個機(jī)器周期，即耗時1μs×15=15μsMOVR6,B；2周RET；2周共需耗時4機(jī)器周期，即耗時1μs×4=4μs來達(dá)成延時t的目的，則因t=1908μs，且MOVR6,#DATAACALLDELAYMOVB,R6MOVR6,BRET這5個指令共耗時9μs，所以在DELAY子程序中，循環(huán)的部分只能是：1908μs-9μs=1899μs循環(huán)的部分每執(zhí)行一次耗時15μs，故要延時1899μs需要執(zhí)行126次，即R6=126就可產(chǎn)生所需DO音調(diào)。其他音調(diào)所需的R6值，算法相同。（4）實際上，做電子琴時，程序必須不斷地判斷是哪一個鍵被按下，所以程序中還有其他的指令在消耗時間。因此實際采用的R6的值應(yīng)該比上述計算值少一點點，音階才會正確。但是要把R6的值計算很準(zhǔn)確，實在很費時間，況且判斷按鍵的狀態(tài)所耗時間與周期T比起來實在微不足道，所以在設(shè)計程序時只采用上述計算方法計算R6的值即可，程序在判斷是哪個鍵被按下所耗費的時間可忽略不計。3.音樂產(chǎn)生的原理：由于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組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，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)的延時時間產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分，節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時時間的長短來實現(xiàn)，如果1/4拍的延時時間是0.4秒，則1拍的延時時間就是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂，那么就必須在程序中考慮到節(jié)拍的設(shè)置。為了編寫計算機(jī)樂譜的方便，所以我們自己定義了音階代碼，例如用01代表低音DO，用11代表中音DO,用21代表高音DO，如表1所列。另外，我們用40代表重復(fù)演奏，用255代表停止演奏。在程序中編寫計算機(jī)樂譜時，就是用這些音階代碼來代替各音階。音階代碼可歲曲子的節(jié)奏快慢有自己決定，例如1拍定位04（就是音長的4倍）,半拍就是02，2拍就是08，以此類推。各音拍的音拍代碼如表2所列。表2各音拍的音拍代碼音拍1/4拍1/2拍3/4拍1拍11/4拍11/2拍13/4拍2拍音拍代碼0102030405060708音拍21/4拍21/2拍23/4拍3拍31/4拍31/2拍33/4拍4拍音拍代碼0910111213141516音拍41/4拍41/2拍43/4拍5拍51/4拍51/2拍53/4拍6拍音拍代碼1718192021222324把樂譜改編為程序中的計算機(jī)樂譜時，必須按照“音階代碼在前，音拍代碼在后”的規(guī)則排列，樂譜結(jié)束時，必須以40（表示重復(fù)演奏）或255（表示只演奏一遍就停止）作結(jié)尾。4．程序流程圖：開始開始是音符鍵按下嗎是功能鍵按下嗎？否設(shè)定相應(yīng)的延時參數(shù)R6的值令揚聲器通電延時半周期令揚聲器斷電延時半周期DPTR指向樂譜的開頭讀取音樂代碼，并存入A中音節(jié)代碼等于40嗎音節(jié)代碼等255嗎把DPTR加1讀取音拍代碼，并存入R4中設(shè)定與A內(nèi)音階代碼相對應(yīng)的參數(shù)發(fā)出R4個音長的聲音靜音把DPTR加1停止播放是否是否否是是5．程序：ORG0000HMOVP2,#11111111BMOVP3,#11111111BTEST:JNBP2.0,DO1;P2.0=0嗎？JNBP2.1,RE1;P2.1=0嗎？JNBP2.2,MI1;P2.2=0嗎？JNBP2.3,FA1;P2.3=0嗎？JNBP2.4,SO1;P2.4=0嗎？JNBP2.5,LA1;P2.5=0嗎？JNBP2.6,SI1;P2.6=0嗎？JNBP2.7,DOH1;P2.7=0嗎？JNBP3.0,START;P3.0=0嗎？AJMPTESTDO1:MOVR6,#126AJMPOUTPUT1RE1:MOVR6,#113AJMPOUTPUT1MI1:MOVR6,#100AJMPOUTPUT1FA1:MOVR6,#95AJMPOUTPUT1SO1:MOVR6,#85AJMPOUTPUT1LA1:MOVR6,#75AJMPOUTPUT1SI1:MOVR6,#67AJMPOUTPUT1DOH1:MOVR6,#63AJMPOUTPUT1OUTPUT1:CLRP3.7;令揚聲器通電ACALLDELAY;延時半周期tSETBP3.7;令揚聲器斷電ACALLDELAY;延時半周期tAJMPTEST;重新測試按鍵START:MOVDPTR,#MUSIC;DPTR指向樂譜的開頭CONT:CLRA;讀取樂譜內(nèi)的音階代碼MOVCA,A+DPTR;A=音階代碼CJNEA,#40,CHK;若音階代碼為40AJMPSTART;則從頭開始演奏STOP:MOVA,#255;若音階代碼為255AJMPTEST;則停止演奏CHK:PUSHACC;保存A的內(nèi)容INCDPTRCLRA;讀取樂譜內(nèi)的音拍代碼MOVCA,A+DPTRMOVR4,A;R4=音拍代碼POPACC;取回A的內(nèi)容CHK1:CJNEA,#01,CHK2;若音階代碼為01，ACALLDOL;則產(chǎn)生低音DO的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK2:CJNEA,#02,CHK3;若音階代碼為02，ACALLREL;則產(chǎn)生低音RE的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK3:CJNEA,#03,CHK4;若音階代碼為03，ACALLMIL;則產(chǎn)生低音MI的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK4:CJNEA,#04,CHK5;若音階代碼為04，ACALLFAL;則產(chǎn)生低音FA的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK5:CJNEA,#05,CHK6;若音階代碼為05，ACALLSOL;則產(chǎn)生低音SO的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK6:CJNEA,#06,CHK7;若音階代碼為06，ACALLLAL;則產(chǎn)生低音LA的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK7:CJNEA,#07,CHK11;若音階代碼為07，ACALLSIL;則產(chǎn)生低音SI的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK11:CJNEA,#11,CHK12;若音階代碼為11，ACALLDO;則產(chǎn)生中音DO的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK12:CJNEA,#12,CHK13;若音階代碼為12，ACALLRE;則產(chǎn)生中音RE的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK13:CJNEA,#13,CHK14;若音階代碼為13，ACALLMI;則產(chǎn)生中音MI的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK14:CJNEA,#14,CHK15;若音階代碼為14，ACALLFA;則產(chǎn)生中音FA的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK15:CJNEA,#15,CHK16;若音階代碼為15，ACALLSO;則產(chǎn)生中音SO的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK16:CJNEA,#16,CHK17;若音階代碼為16，ACALLLA;則產(chǎn)生中音LA的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK17:CJNEA,#17,CHK21;若音階代碼為17，ACALLSI;則產(chǎn)生中音SI的聲音JNBP3.2,STOP;若P3.2=0，則停止演奏CHK21:CJNEA,#21,CHK22;若音階代碼為21，ACALLDOH;則產(chǎn)生高音DO的聲音CHK22:CJNEA,#22,CHK23;若音階代碼為22，ACALLREH;則產(chǎn)生高音RE的聲音CHK23:CJNEA,#23,CHK24;若音階代碼為23，ACALLMIH;則產(chǎn)生高音MI的聲音CHK24:CJNEA,#24,CHK25;若音階代碼為24，ACALLFAH;則產(chǎn)生高音FA的聲音CHK25:CJNEA,#25,CHK26;若音階代碼為25，ACALLSOH;則產(chǎn)生高音SO的聲音CHK26:CJNEA,#26,CHK27;若音階代碼為26，ACALLLAH;則產(chǎn)生高音LA的聲音CHK27:CJNEA,#27,CHK0;若音階代碼為27，ACALLSIH;則產(chǎn)生高音SI的聲音CHK0:CJNEA,#00,CONT2;若音階代碼為00，ACALLNON;則不發(fā)出聲音CONT2:INCDPTR;繼續(xù)讀取樂譜AJMPCONTDOL:MOVR6,#254;R6=延時參數(shù)MOVR5,#16;R5=音長參數(shù)AJMPOUTPUT;設(shè)定低音DO的相對參數(shù)REL:MOVR6,#226;設(shè)定低音RE的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#18AJMPOUTPUTMIL:MOVR6,#201;設(shè)定低音MI的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#21AJMPOUTPUTFAL:MOVR6,#190;設(shè)定低音FA的相對參數(shù)MOVR5,#22AJMPOUTPUTSOL:MOVR6,#170;設(shè)定低音SO的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#25AJMPOUTPUTLAL:MOVR6,#150;設(shè)定低音LA的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#28AJMPOUTPUTSIL:MOVR6,#134;設(shè)定低音SI的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#31AJMPOUTPUTDO:MOVR6,#126;設(shè)定中音DO的相對參數(shù)MOVR5,#33AJMPOUTPUTRE:MOVR6,#113;設(shè)定中音RE的相對參數(shù)MOVR5,#37AJMPOUTPUTMI:MOVR6,#100;設(shè)定中音MI的相對參數(shù)MOVR5,#41AJMPOUTPUTFA:MOVR6,#95;設(shè)定中音FA的相對參數(shù)MOVR5,#44AJMPOUTPUTSO:MOVR6,#85;設(shè)定中音SO的相對參數(shù)MOVR5,#49AJMPOUTPUTLA:MOVR6,#75;設(shè)定中音LA的相對參數(shù)MOVR5,#55AJMPOUTPUTSI:MOVR6,#67;設(shè)定中音SI的相對參數(shù)MOVR5,#62AJMPOUTPUTDOH:MOVR6,#63;設(shè)定高音DO的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#65AJMPOUTPUTREH:MOVR6,#56;設(shè)定高音RE的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#73AJMPOUTPUTMIH:MOVR6,#50;設(shè)定高音MI的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#82AJMPOUTPUTFAH:MOVR6,#47;設(shè)定高音FA的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#88AJMPOUTPUTSOH:MOVR6,#42;設(shè)定高音SO的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#98AJMPOUTPUTLAH:MOVR6,#37;設(shè)定高音LA的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#110AJMPOUTPUTSIH:MOVR6,#33;設(shè)定高音SI的相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#124AJMPOUTPUTNON:MOVR6,#33;設(shè)定休止符相應(yīng)參數(shù)MOVR5,#124AJMPOUTPUTOUTPUT:MOVACC,R5;保存R5的內(nèi)容LOOP:CJNEA,#00,SOUND;若音階代碼為00，則不讓揚聲器通電LJMPMUTESOUND:CLRP3.7;令揚聲器通電MUTE:ACALLDELAY;延時半周期SETBP3.7;令揚聲器斷電ACALLDELAY