基于8155的8led簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)(proteus8.0)

南京郵電大學(xué)課程設(shè)計(jì)Ⅱ-7-通達(dá)學(xué)院20/20學(xué)年第學(xué)期課程設(shè)計(jì)II實(shí)驗(yàn)報(bào)告 模塊名稱PROTEUS51專業(yè)學(xué)生班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)題目基于8155的8LED顯示簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)任務(wù)要求使用LED/LCD顯示器來(lái)顯示音階輸入的相關(guān)信息；當(dāng)按下鍵盤組相對(duì)按鍵，壓電喇叭會(huì)發(fā)出相對(duì)音階單音，共有2個(gè)8度音階；所有單音會(huì)存入8951內(nèi)而保存起來(lái)；至多可以輸入64個(gè)單音，可以一起演奏出來(lái)；演奏時(shí)可以按鍵中斷；可以實(shí)時(shí)顯示目前正演奏的單音碼。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及軟件一臺(tái)裝有proteus7.7、及Keil的PC同組人員學(xué)號(hào)及姓名參考文獻(xiàn)《Proteus入門教程》[第二版]周潤(rùn)景、蔡雨恬[著]《單片機(jī)原理及應(yīng)用》張毅剛、彭喜元、彭宇[著]《單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》馬忠梅[著]一、本系統(tǒng)的目的本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)可演奏的電子琴。綜合應(yīng)用了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)。鍵盤矩陣識(shí)別，通過按鍵控制播放15個(gè)音階并顯示。通過控制開關(guān)完成事先寫入歌曲的播放。二、主要芯片簡(jiǎn)介AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。8155是常用的擴(kuò)展單片機(jī)IO資源的芯片，8155原理是只利用單片機(jī)的一個(gè)并行口來(lái)擴(kuò)展出幾個(gè)并口，使得單片機(jī)可以接入更多的設(shè)備三、系統(tǒng)組成本系統(tǒng)只要以51單片機(jī)為主控核心，8155IO外擴(kuò)、與矩陣鍵盤、揚(yáng)聲器、LED顯示管模塊一起組合而成。具體如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)單片機(jī)AT89S514X4矩陣鍵盤8LED數(shù)碼管8155H揚(yáng)聲器四、系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)掃描鍵盤矩陣、顯示當(dāng)前狀態(tài)及音階、揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符或音樂。4X4行列式非編碼鍵盤：鍵盤只簡(jiǎn)單地提供按鍵開關(guān)的行列矩陣。有關(guān)按鍵的識(shí)別、鍵碼的確定與輸入、去抖動(dòng)等功能均由軟件完成。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來(lái)確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。鍵盤接口必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。用8155H的PB和PC口接4×4矩陣鍵盤，以PB0-PB4作輸入線，以PC0-PC4作輸出線五、硬件總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由鍵盤矩陣、LED顯示管、揚(yáng)聲器這幾個(gè)部分組成，LED顯示管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符。硬件總體設(shè)計(jì)圖如下：具體元件使用8LED數(shù)碼管 低音1 低音2 低音3 低音4 低音5 低音6 低音7 中音1 中音1 中音2 中音3 中音4 中音5 中音6 中音7 高音1自動(dòng)播放開關(guān)和揚(yáng)聲器 用于穩(wěn)定點(diǎn)位的上拉電阻

六、關(guān)于音頻與計(jì)數(shù)初值的選擇一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)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，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)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(shí)/計(jì)數(shù)器T0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系正確即可。利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODE1）下，改變計(jì)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(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs＝956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是N＝fi÷2÷fr式中，N是計(jì)數(shù)值；fi是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHz時(shí)，其頻率為1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計(jì)數(shù)初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr

例如：設(shè)K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計(jì)數(shù)值。

T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr

低音DO的T＝65536－500000/262＝63627

中音DO的T＝65536－500000/523＝64580

高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059具體的音頻對(duì)照表：音符音符 頻率/Hz音符 頻率/Hz音符 頻率/Hz低音1262中音1523高音11046低音1# 277中音1#554高音1#1109低音2294中音2587高音21175低音2# 311中音2#622高音2#1245低音3330中音3659高音31318低音4349中音4698高音41397低音4# 370中音4#740高音4#1480低音5392中音5784高音51568低音5# 415中音5#831高音5#1661低音6440中音6880高音61760低音6# 466中音6#932高音6#1865低音7494中音7988高音71976 注：本系統(tǒng)值采用了期中15個(gè)音階（如鍵盤圖示），半音不在考慮之內(nèi)。七、系統(tǒng)操作說明

（1）Keil下編譯，產(chǎn)生目標(biāo)HEX文件，Proteus下ProgrammeFiles選擇產(chǎn)生的HEX文件，點(diǎn)擊運(yùn)行開始模擬。（2）開啟本系統(tǒng)SW開關(guān)閉合，數(shù)碼管顯示“PLAY”，播放兩只蝴蝶的樂曲。（3）斷開開關(guān)，按任意鍵盤，數(shù)碼管顯示所按的音階，揚(yáng)聲器發(fā)出相應(yīng)的音符。（4）程序流程圖：開始開始模塊初始化開關(guān)閉合掃描鍵盤顯示音階發(fā)出聲音延時(shí)結(jié)束播放樂曲是是否否否按下鍵盤否按下鍵盤是是八、單片機(jī)程序代碼見附件（8155電子琴c語(yǔ)言代碼）九、運(yùn)行結(jié)果 十、設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，充分將之前在51單片機(jī)課上學(xué)到的知識(shí)得以運(yùn)用，也掌握了一些課本之外的東西，例如基于c語(yǔ)言的單片機(jī)程序開發(fā)。經(jīng)過我長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)按下鍵盤矩陣中的按鍵會(huì)使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放對(duì)應(yīng)的音符。但由于仿真系統(tǒng)原因，本設(shè)計(jì)音頻效果不是很好。不足之處有：1.可彈奏的音符數(shù)較少，只能在一定范圍內(nèi)滿足用戶需要。可通過改進(jìn)鍵盤識(shí)別模塊和發(fā)生模塊來(lái)增加其復(fù)雜度2.音量不可調(diào)。我的綜合設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。在硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作.在軟件方面，基本掌握了Proteus繪制原理圖的方法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng),對(duì)C語(yǔ)言在單片機(jī)開發(fā)上的應(yīng)用也有了充分的體會(huì)。加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理。設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定評(píng)分內(nèi)容具體要求總分評(píng)分上機(jī)時(shí)間上機(jī)時(shí)間是否達(dá)到要求的學(xué)時(shí)，按照實(shí)際情況給與一定的成績(jī)