「【音樂】基于STC89C52單片機(jī)的簡易電子琴」

音樂類 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱： 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 題 目： 簡易電子琴 學(xué) 院： 環(huán)境與化學(xué)工程 系：過程裝備與測控工程 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班 級： 測儀 xxx 班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 20 xx-12-2720 xx-1-6 指導(dǎo)教師： 音樂類 摘要摘要 單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等的優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì) 的各個(gè)領(lǐng)域目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號處理、現(xiàn)代兵 器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，隨著單片機(jī)性能的不斷提高， 它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？欤阅壳暗漠a(chǎn)品都致力于在功能全面、 技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計(jì)；及時(shí)掌握最 新的單片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系 統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí) 間內(nèi)仍具生命力。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng) 可編程 Flash 存儲(chǔ)器,使用經(jīng)典的 MCS-51 內(nèi)核。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系 統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方 案。單片機(jī)又稱微控制器，其中最基本的結(jié)構(gòu)是將 CPU 和計(jì)算機(jī)外圍功能單元，如儲(chǔ)存器、 I/O 口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以 利用不同的頻率的組合，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(shí)來產(chǎn)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(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。 本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 芯片組成的最小系統(tǒng)，結(jié)合四位共陰數(shù)碼管，八位獨(dú)立按鍵，以 及一位無源蜂鳴器構(gòu)成的簡易電子琴。通過軟件設(shè)置，使系統(tǒng)達(dá)到，按下控制按鍵，蜂鳴 器發(fā)出 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si，Do-H，八個(gè)簡單的音調(diào)，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)按鍵 的標(biāo)號，達(dá)到簡易電子琴系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：STC89C51，簡易電子琴，共陰數(shù)碼管，獨(dú)立按鍵 音樂類 目目 錄錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求.- 1 - 1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)：、設(shè)計(jì)任務(wù)：.- 1 - 1.21.2、設(shè)計(jì)要求：、設(shè)計(jì)要求：.- 1 - 二、方案總體設(shè)計(jì)二、方案總體設(shè)計(jì).- 1 - 2.12.1、顯示模塊、顯示模塊.- 1 - 2.22.2、按鍵模塊、按鍵模塊.- 1 - 2.32.3、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊.- 1 - 2.42.4、總體設(shè)計(jì)：、總體設(shè)計(jì)：.- 2 - 三、三、 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).- 2 - 3.13.1、最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng).- 2 - 3.1.1、時(shí)鐘信號的產(chǎn)生.- 2 - 3.1.2、復(fù)位電路.- 3 - 3.23.2、數(shù)碼管顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊.- 3 - 3.2.1、數(shù)碼管引腳圖.- 3 - 3.2.2、數(shù)碼管連線電路.- 4 - 音樂類 3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤.- 4 - 3.43.4、蜂鳴器電路、蜂鳴器電路.- 5 - 3.53.5、整體電路、整體電路.- 5 - 四、四、 程序流程圖程序流程圖.- 6 - 五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試.- 7 - 5.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介.- 7 - 5.25.2、調(diào)試與仿真過程圖、調(diào)試與仿真過程圖.- 7 - 5.35.3、實(shí)物圖、實(shí)物圖.- 8 - 5.45.4、使用說明、使用說明.- 10 - 六、總結(jié)、心得體會(huì)六、總結(jié)、心得體會(huì).- 12 - 七、七、 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).- 13 - 附錄 - 14 - 音樂類 一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求一、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求 1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)：、設(shè)計(jì)任務(wù)： 利用 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)，共陰數(shù)碼管，無源蜂鳴器以及獨(dú)立按鍵，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可發(fā)出八 個(gè)基本音階的簡易電子琴系統(tǒng)。 1.21.2、設(shè)計(jì)要求：、設(shè)計(jì)要求： 1、蜂鳴器可發(fā)出八個(gè)簡單音階。 2、八位獨(dú)立按鍵分別控制不同的音階產(chǎn)生。 3、四位數(shù)碼管依據(jù)所按按鍵，在不同的數(shù)碼管上顯示不同的數(shù)字。 4、通過按鍵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。 二、方案總體設(shè)計(jì)二、方案總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)簡易電子琴，通過 STC89C52 芯片最小系統(tǒng)控制電路，以八位獨(dú)立按鍵控制， 蜂鳴器產(chǎn)生八個(gè)不同的音階，四位共陰數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，獨(dú)立按鍵控制復(fù)位。系統(tǒng) 編程采用 Keil c 軟件，電路圖設(shè)計(jì)以及 PCB 板繪制使用 Altium designer 軟件，仿真調(diào)試 使用 ISIS 軟件實(shí)現(xiàn)。將不同模塊結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)簡易電子琴的設(shè)計(jì)。 2.12.1、顯示模塊、顯示模塊 本設(shè)計(jì)采用四位數(shù)碼管顯示，每位數(shù)碼管分別由八位發(fā)光二極管組成。數(shù)碼管可分為 共陰和共陽兩種，通過不同的位選操作驅(qū)動(dòng)不同的數(shù)碼管顯示，再通過不同的段選點(diǎn)亮不 同的發(fā)光二極管，達(dá)到顯示不同數(shù)字的功能。 2.22.2、按鍵模塊、按鍵模塊 八位獨(dú)立按鍵，通過 P2 口控制音階的產(chǎn)生和數(shù)碼管顯示，按下響應(yīng)的鍵產(chǎn)生設(shè)定的聲 音點(diǎn)亮對應(yīng)的數(shù)碼管。 2.32.3、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊、蜂鳴器音階產(chǎn)生模塊 蜂鳴器可分為兩種，分別為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器 注意，這里的“源”不是指電源。而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩 源，所以只要一通電就會(huì)叫。而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。 必須用 2K5K 的方波去驅(qū)動(dòng)它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)震蕩電路。 無源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是： 1。便宜 2。聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的 效果 3。在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口。有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：程序控制方 便 音樂類 樂曲中不同的音符，實(shí)質(zhì)就是不同頻率的聲音。通過單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信 號，經(jīng)過放大電路，由蜂鳴器放出，就產(chǎn)生了美妙和諧的樂曲。(1)單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率脈 沖信號的原理： 要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/頻率） ，然后將此周期除以 2，即為半 周期的時(shí)間，利用定時(shí)器或延時(shí)函數(shù)計(jì)時(shí)這個(gè)半周期的時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖 的 I/O 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期的時(shí)間再對 I/O 反相，就可以在 I/O 腳上得到此頻率 的脈沖。 例如：要產(chǎn)生 1KHZ 的頻率，則半周期為 0.5ms，則 P35 所送出的信號中，0.5ms 為高 電平，0.5ms 為低電平。若 0.5ms 高電平與 0.5ms 為低電平為一組信號（總共 1ms） ，連續(xù) 送出 100 組，則可得到 1KHZ 的聲音約 0.1s:停止輸出 0.1s 之后，在連續(xù)送出 100 組高低 電平，則可聽到“嗶，嗶”兩聲。通過改變頻率，控制產(chǎn)生不同的方波，就可以產(chǎn)生不同 的音階。 使用無源蜂鳴器，通過內(nèi)部程序延時(shí)產(chǎn)生不同頻率的方波，使蜂鳴器產(chǎn)生八個(gè)基本的 音階 Do，Re，Mi，F(xiàn)a，So，La，Si，Do-H。 l 按鍵與參數(shù)的對照表 按鍵音階參數(shù) S1 中音 Do 115 S2 中音 Re 102 S3 中音 Mi 91 S4 中音 Fa 86 S5 中音 So 77 S6 中音 La 68 S7 中音 Si 61 S8 高音 Do 57 圖 2-1 音階參數(shù)對應(yīng)圖 2.42.4、總體設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)總體框架圖如圖 2-1 所示。 圖 2-2 總體框架圖 音樂類 3 3、硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 3.13.1、最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng) 3.1.13.1.1、時(shí)鐘信號的產(chǎn)生、時(shí)鐘信號的產(chǎn)生 89C52 芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益法相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自己振蕩器， 電路如圖 3-1 所示。 圖圖 3-13-1晶振電路晶振電路 3.1.23.1.2、復(fù)位電路、復(fù)位電路 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式，本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位，結(jié)構(gòu) 如圖 3-2 所示。 圖圖 3-23-2復(fù)位電路復(fù)位電路 音樂類 3.23.2、數(shù)碼管顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊 3.2.13.2.1、數(shù)碼管引腳圖、數(shù)碼管引腳圖 圖圖 3-33-3四位八段共陰極數(shù)碼管四位八段共陰極數(shù)碼管 3.2.23.2.2、數(shù)碼管連線電路、數(shù)碼管連線電路 本設(shè)計(jì)中是用 P1 口低四位接 1k 的電阻控制數(shù)碼管的位選，用 P0 口接 1k 的上拉排阻 控制數(shù)碼管的段選。連線電路圖： 圖圖 3-43-4數(shù)碼管連線電路圖數(shù)碼管連線電路圖 音樂類 3.33.3、矩陣鍵盤、矩陣鍵盤 本設(shè)計(jì)采用八位獨(dú)立按鍵，通過 P2 口控制，按鍵序號及接線圖如下圖所示： 圖圖 3-53-5獨(dú)立鍵盤連線電路圖獨(dú)立鍵盤連線電路圖 3.43.4、蜂鳴器電路、蜂鳴器電路 本課程設(shè)計(jì)使用的蜂鳴器是無源蜂鳴器，通過程序控制產(chǎn)生不同頻率的方波送給蜂鳴 器，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音，驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 音樂類 圖圖 3-63-6蜂鳴器連線電路圖蜂鳴器連線電路圖 3.53.5、整體電路、整體電路 圖 3-7 整體電路圖 音樂類 圖 3-8 PCB 電路圖 4 4、程序流程圖程序流程圖 程序流程圖如 4-1 所示 圖 4-1 程序流程圖 五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 5.1、仿真軟件簡介、仿真軟件簡介 本次設(shè)計(jì)使用 Proteus ISIS 仿真軟件進(jìn)行調(diào)試。P r o t e u s I S I S 是英國 L a b c e n t e r 公司開發(fā)的電路設(shè)計(jì)、分析與仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。該軟件的主要特 點(diǎn)是： 集原理圖設(shè)計(jì)、仿真分析（I S I S) 和印刷電路板設(shè)計(jì)（A R E S) 于一身。可以 完成從繪制原理圖、仿真分析到生成印刷電路板圖的整個(gè)硬件開發(fā)過程。 音樂類 提供幾千種電子元件（分立元件和集成電路、模擬和數(shù)字電路）的電路符號、仿真 模型和外形封裝。 支持大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)以及各種外圍芯片（R S 2 3 2 動(dòng)態(tài)仿真、I 2 C 調(diào)試器、S P I 調(diào)試器、鍵盤和 L C D 系統(tǒng)仿真等）的仿真。 提供各種虛擬儀器，如各種測量儀表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。過去 需要昂貴的電子儀器設(shè)備、繁多的電子元件才能完成的電子電路、單片機(jī)等實(shí)驗(yàn)， 5.25.2、調(diào)試與仿真過程圖、調(diào)試與仿真過程圖 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C2 30pF C3 30pF X1 C1 10u R1 1k R2 100 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 Q1 PNP R8 10k R9 10k R10 10k LS1 SPEAKER XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C2 30pF C3 30pF X1 C1 10u R1 1k R2 100 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 RESPACK-8 Q1 PNP R8 10k R9 10k R10 10k LS1 SPEAKER 音樂類 圖 5-1 仿真調(diào)試圖 5.35.3、實(shí)物圖、實(shí)物圖 圖 5-2 實(shí)物圖 蜂鳴器模塊 按鍵 復(fù)位 模塊 四位共陰數(shù)碼管顯示模塊 按鍵模塊 第第 一一 位位 數(shù)數(shù) 碼碼 管管 音樂類 圖 5-4 實(shí)物調(diào)試圖 5.45.4、使用說明、使用說明 按鍵分布圖 圖 5-5 按鍵分布 按下 0 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 0； 按下 1 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Re 的音階，第二位數(shù)碼管顯示 1； 按下 2 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Mi 的音階，第三位數(shù)碼管顯示 2； 按下 3 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Fa 的音階，第四位數(shù)碼管顯示 3； 按下 4 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 So 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 4； 音樂類 按按下 5 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 La 的音階，第二位數(shù)碼管顯示 5； 按下 6 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Si 的音階，第三位數(shù)碼管顯示 6； 按下 7 號鍵，蜂鳴器發(fā)出 Do-H 的音階，第一位數(shù)碼管顯示 7； 音樂類 六、總結(jié)、心得體會(huì)六、總結(jié)、心得體會(huì) 在這次課程設(shè)計(jì)中，由剛開始時(shí)的手足無措不知從何下手，到過程中電路設(shè)計(jì)，程序 編寫，調(diào)試模擬，腐蝕電路板，做出實(shí)物，實(shí)物調(diào)試。一步一步收獲了很多。 剛開始的幾天，面對要把課本上的單片機(jī)做出實(shí)物，并且實(shí)現(xiàn)一定的功能就讓動(dòng)手實(shí) 踐能力不佳的我很犯難。尤其是在選擇課題上，怕選的太難實(shí)現(xiàn)不了功能，選的太簡單沒 有挑戰(zhàn)性，但是最終還是選擇了簡易電子琴這個(gè)設(shè)計(jì)課題。 選定課題后，第一步各種查資料，查音階的產(chǎn)生原理，數(shù)碼管的引腳分布，蜂鳴器的 發(fā)聲原理等等。畫電路板找元件到生成 PCB 板，調(diào)節(jié)各個(gè)元件的位置，選擇封裝形式，處 理飛線等等。最開始 PCB 的圖就做了三次，選錯(cuò)封裝，飛線太多，一步一步慢慢學(xué)著讓自 己的板子看起來更合理。收獲了很多但是最后還是由于粗心忘記加電源和底線的孔。程序 的編寫可能是這次課設(shè)中對我來說最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)了，程序的編寫不但需要一定的 c 語 言的基礎(chǔ)還需要把單片機(jī)的各種功能和引腳知識結(jié)合起來，程序的編寫剛開始是錯(cuò)誤加警 告滿篇，查資料問同學(xué)，一步一步改。先是模仿書上的程序調(diào)試，然后是查資料。把課設(shè) 的功能分為好幾個(gè)模塊，一個(gè)模塊一個(gè)模塊的通過編程實(shí)現(xiàn)，然后相互加在一起通過一定 的邏輯實(shí)現(xiàn)了最后的功能。當(dāng)然調(diào)試中，也遇到了很多的麻煩，按鍵不能起到控制作用， 數(shù)碼管亮度太低，引腳底座被焊壞，用萬用表一條條的查線路，查引腳，按鍵，直到最后 功能的全部實(shí)現(xiàn)。 這次課設(shè)真的讓我收獲很多，從硬件到軟件，沒有經(jīng)驗(yàn)欠缺很多知識，雖然這個(gè)簡易 電子琴真的不難，但是從設(shè)計(jì)構(gòu)想到實(shí)物的功能實(shí)現(xiàn)，還是花費(fèi)了不少心血。做設(shè)計(jì)不但 要有豐厚的知識做后盾，還要細(xì)心耐心，有很好的動(dòng)手能力，才能取得最后成功。而我在 這些方面還差的很多，這次課設(shè)在讓我鍛煉和收獲的同時(shí)，也讓我明白了自己還有很多的 東西要學(xué)要做。最后感謝課設(shè)過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。 音樂類 7 7、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 【1】李朝青 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 北京航天大學(xué)出版社 【2】楊長興 C+程序設(shè)計(jì) 中國鐵道出版社 【3】張義和 例說 51 單片機(jī) 人民郵電出版社 音樂類 附錄附錄 /*- 簡易電子琴 時(shí)間：20 xx.12.31 -*/ #include / #define Duanxuan P0 #define Weixuan P1 #define SW_Port P2 sbit buzzer=P35; unsigned char keys; /*聲明音階數(shù)組 Do Re Mi Fa So la Si Do_H*/ unsigned char code tone8=115,102,91,86,77,68,61,57; unsigned char code TAB8=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0