基于單片機的電子琴課程方案設計書

1、單片機應用與仿真訓練設計報告-基于AT89S52單片機簡易電子琴設計姓名：學號：專業(yè)班級： 電信082班指導老師：胡治國劉巍所在學院： 電氣工程與自動化學院 2011年11月22日摘要設計的主要內容是用 AT89S52單片機為核心控制元件，通過脈沖觸發(fā)產生出電子音調，設計一個簡易的電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成控制模塊。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用與參考價值。關鍵詞：AT89S52；單片機；脈沖觸發(fā)；電子琴設計目錄1 概述21.1 功能簡介21.2 功能的實現21.3 音樂產生原理32 系統(tǒng)總體方案及硬件

2、設計42.1 總體方案42.2 硬件部分42.2.1 矩陣鍵盤部分42.2.2 揚聲器接口電路部分53 軟件設計64 Proteus軟件仿真85 課程設計體會9參考文獻10附錄1 源程序代碼10附錄2系統(tǒng)原理圖181 概述1.1 功能簡介電子琴是現代電子科技與音樂結合的產物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現特性，它已經溶入現代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本簡易電子琴的設計可實現的功能如下：程序中預存了一首音樂月亮代表我的心，通過一個獨立鍵盤可以實現對該音樂的播放和停止操作的控制。4*4矩陣鍵盤的16個按鍵分別對應著16個不同的

3、音符，分為高、低兩個八度，當按下某一按鍵，會發(fā)出相應的音調。按下按鍵時，揚聲器會發(fā)出聲音，松開按鍵后，揚聲器停止發(fā)聲，按鍵的時間越長，發(fā)聲時間越久。連續(xù)按下不同的按鍵，可以實現樂曲的演奏。1.2 功能的實現功能的實現部分分為軟件和硬件兩部分來簡介。1.3 音樂產生原理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，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片機來產生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數器T0來產生這樣方波頻率信號，因此，只需將一首歌的音階和頻率相對應即可。若要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除

4、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AT89S52的內部定時器使其工作計數器模式（MODE1）下，改變計數值TH0及TL0以產生不同頻率的方法產生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令計數器計時956s/1s956，每計數956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計數脈沖值與頻率的關系式(如式2-1所示)是： Nfi2fr 2-1式中，N是計數值；fi是機器頻率（晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為1MHz）；fr是想要產生的頻率。其計數初

5、值T的求法如下： T65536N65536fi2fr 2-2 例如：設K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計數值。 T65536N65536fi2fr655362fr65536/fr 低音DO的T65536/26263627 中音DO的T65536/52364580 高音DO的T65536/104665059我們要為這個音符建立一個表格，單片機通過查表的方式來獲得相應的數據，音符表見附錄一。 音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調）（如表2-1所示） 表2-1 曲調值表曲調值DELAY曲調值DELAY調4/4125ms調4/462m

6、s調3/4187ms調3/494ms調2/4250ms調2/4125msError! No bookmark name given. 對于不同的曲調我們也可以用單片機的定時/計數器來完成。程序流程圖如圖2.5。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1 總體方案本設計采用4*4鍵盤控制通過程序產生高八度和低八度音律，要考慮到軟件和硬件的匹配以及硬件電路焊接時的排版問題，否則建會帶來不必要的焊接麻煩，在編程序時要注意仿真與實際電路中可能的不符，2.2 硬件部分本設計硬件電路共由以下幾部分構成：矩陣鍵盤部分；揚聲器部分；AT89S52主控電路部分；獨立按鍵部分。2.2.1 矩陣鍵盤部分設計中采用AT89S5

7、1的并行口P3接44矩陣鍵盤，以P3.0P3.3作輸入線，以P3.4P3.7作輸出線。每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數字量“0”和“1”，開關的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數字“0”實現的。鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能，在本程序中，當程序檢測

8、到有鍵按下時，將查表使按鍵值與預存數據表中數據對應，并調用發(fā)聲程序。圖2.1 矩陣鍵盤的連接2.2.2 揚聲器接口電路部分仿真中的揚聲器一段接CPU的P24口，另一端接高電平。當P24口有電平變化時，揚聲器被驅動發(fā)聲。而在實物制作中，這樣是難以實現功能的，需要增加模擬電路以除去多余的干擾信號。也可選用集成芯片LM386作為揚聲器的驅動芯片。若使用LM386驅動揚聲器，通過相應的模擬電路的設計，還可以實現音量的調節(jié)。不過，在平時做實物時，我們一般用一個三極管作為放大器，這次我采用的是8050圖2.2揚聲器接口電路3 軟件設計本設計使用Protues仿真軟件進行仿真，在程序設計部分，包括鍵盤掃描程

9、序，音樂發(fā)聲程序。程序見附錄1。4*4矩陣鍵盤是由CPU控制I/O口來實現掃描的。具體程序見附錄二主程序鍵盤掃描部分。鍵盤掃描程序流程圖如圖2.4。程序首先給P3口賦值，然后讀取P3的狀態(tài)，將讀取的狀態(tài)值同所賦值相比較，如果二者不相同，則說明有鍵按下，子程序將按鍵值返回主程序；否則，說明沒有鍵按下，程序繼續(xù)進行下一次掃描。 本系統(tǒng)的軟件流程圖如下圖 2.3 系統(tǒng)主程序流程鍵盤掃描程序流程圖圖 2.4鍵盤掃描程序流程圖音樂發(fā)聲程序圖 2.5音樂發(fā)聲程序流程圖4 Proteus軟件仿真仿真電路圖5 課程設計體會將程序燒入芯片,調試成功后,可任意彈奏自己想要的旋律。本設計通過制作電子琴，將幾個模塊很

10、好的融合，對使用單片機設計簡易電子琴進行了分析，并了解了基于單片機電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機產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，即可構成我們所想要的音樂了，于是我們可以利用單片機的定時/計數器T0來產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頻率關系弄正確即可，然后我們利用功放電路來將音樂聲音放大。 遇到的問題：在剛剛焊接好后，程序燒入芯片后，發(fā)現并不發(fā)聲，經檢查才發(fā)現是對鍵盤沒看清楚，將鍵盤接亂了，另外，在硬件電路修改好后，發(fā)現每次按鍵時會引起蜂鳴器一

11、直響，再按鍵時有可能會消失，經檢查后知道是再每按鍵件程序后蜂鳴器對應參值沒有直接置零。 總之，這是一次動手能力的鍛煉，也是一次單片機知識的再回顧，還是對自己細心以及耐心能力的考察。參考文獻1 賈立新、王涌.電子系統(tǒng)設計與實踐M，清華大學出版社，2008年2月版； 2 陶春鳴、陳享成、甕嘉民.單片機使用技術M,人民郵電出版社,2008年4月版； 3 余發(fā)山.單片機原理及應用技術M，中國礦業(yè)大學出版社，2003年12月版； 4 李光飛.單片機課程設計實例指導M, 航空航天大學出版社，2004年9月版； 5 余永權.ATMEL89 系列單片機M，北京航空航天大學出版社，2002年4 月版； 6 胡宴

12、如，耿蘇燕.模擬電子技術M，高等教育出版社，2007年12月版； 7 趙潤林，張迎輝.單片機原理與應用教程M，北京大學出版社，2007年1月版； 8 馬淑華、王鳳文.單片機原理與接口技術M，北京郵電大學出版社，2005年10月版； 9 李建忠.單片機原理及應用M，西安電子科技大學出版社，2002 年5月版； 10 楊子文.單片機原理及應用M,西安電子科技大學出版社，2006 年4月版附錄1 源程序代碼#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint key,i,j,time,m,k。uchar temp。uchar

13、 STH0,STL0,STH1,STL1。sbit sw=P27。sbit speaker=P24。sbit P37=P37。sbit P36=P36。sbit P35=P35。sbit P34=P34。/月亮代表我的心數據表code unsigned char sszymmh= 0,2,1, 5,1,1, 1,2,3, 3,2,1, 5,2,3, 1,2,1, 7,1,3, 3,2,1, 5,2,2, 0,2,1, 5,2,1, 6,2,1, 7,2,2, 1,3,3, 6,2,1, 6,2,1, 5,2,1, 5,2,5, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3, 1,2,1, 1,2,2

14、, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3, 1,2,1, 1,2,2, 2,2,1, 3,2,1,2,2,2, 1,2,1,6,1,2, 2,2,1, 3,2,1, 2,2,5, 。/ 音階頻率表高八位code unsigned char FREQH= 0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8, 0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE, 0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF, 。/ 音階頻率表低

15、八位code unsigned char FREQL= 0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6, 0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D, 0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16, 。unsigned int code tab= 64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,651

16、57,65178,65217。void key_music()unsigned char tmp。P3=0xff。P34=0。temp=P3。temp=temp&0x0f。tmp = temp。if(temp!=0x0f)for(i=50。i0。i-) for(j=200。j0。j-)。 temp=P3。temp=temp&0x0f。/(temp!=0x0f)if(temp=tmp)temp=P3。temp=temp&0x0f。switch(temp)case 0x0e: key=0。 break。 case 0x0d: key=1。 break。 case 0x0b: key=2。 brea

17、k。 case 0x07: key=3。 break。/speaker=speaker。STH1=tabkey/256。STL1=tabkey%256。temp=P3。temp=temp & 0x0f。 while(temp!=0x0f) TR0=1。 temp=P3。 temp=temp & 0x0f。 TR0=0。speaker = 0。P3=0xff。P35=0。temp=P3。temp=temp&0x0f。tmp = temp。if(temp!=0x0f)for(i=50。i0。i-) for(j=200。j0。j-)。 temp=P3。temp=temp&0x0f。/(temp!=0

18、x0f)if(temp=tmp)temp=P3。temp=temp&0x0f。switch(temp)case 0x0e: key=4。 break。 case 0x0d: key=5。 break。 case 0x0b: key=6。 break。 case 0x07: key=7。 break。/speaker=speaker。STH1=tabkey/256。STL1=tabkey%256。temp=P3。temp=temp & 0x0f。 while(temp!=0x0f) TR0=1。 temp=P3。 temp=temp & 0x0f。 TR0=0。speaker = 0。P3=0x

19、ff。P36=0。temp=P3。temp=temp&0x0f。tmp = temp。if(temp!=0x0f)for(i=50。i0。i-) for(j=200。j0。j-)。 temp=P3。temp=temp&0x0f。/(temp!=0x0f)if(temp=tmp)temp=P3。temp=temp&0x0f。switch(temp)case 0x0e: key=8。 break。 case 0x0d: key=9。 break。 case 0x0b: key=10。 break。 case 0x07: key=11。 break。/speaker=speaker。STH1=tabkey/256。STL1=tabkey%256。temp=P3。temp=temp & 0x0f。 while(temp!=0x0f) TR0=1。 temp=P3。 temp=temp & 0x0f。 TR0=0。speaker = 0。P3=0xff。P37=0。temp=P3。temp=temp&0x0f。tmp = temp。if(temp!=0x0f)for(i=50。i0。i-) for(j=