項目四 音樂演奏器設計

知識歸納,練習題,項目導讀,任務二、音樂演奏器的設計與實現(xiàn),項目小結(jié),任務一、音樂門鈴的分析與仿真,項目四音樂演奏器設計,項目目標導讀,學習目標,熟練掌握51單片機的定時/計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構、工作原理。掌握延時程序、發(fā)音程序的編寫。掌握獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的使用方法，按鍵的識別方法。通過學習定時器的過程，誘導學生思考快速掌握新知識點的方法。,會運用定時器的幾種工作方式編寫延時程序，能用定時器查詢方式和中斷兩種方式編寫控制程序。能利用定時器的定時功能產(chǎn)生不同頻率的音符和音調(diào)。會按照歌譜編寫演奏程序。會用獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。能采用查詢或中斷方式編寫鍵盤程序。,1.單片機定時器/計數(shù)器的概念，定時器/計數(shù)器工作方式的設置方法。2.獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤的使用方法（采用查詢或中斷方式）。,知識教學點,項目目標導讀,方法切入點,通過音樂門鈴和音樂演奏器的分析與設計，從簡到繁實現(xiàn)學習目標，了解單片機定時/計數(shù)器和鍵盤的實際應用。,參考學時：10學時12學時,任務一音樂門鈴的分析與仿真,聲音是由物體振動產(chǎn)生的，振動的頻率不同，發(fā)出的聲音也就不同，有規(guī)律的振動發(fā)出的聲音叫“樂音”。如何用單片機技術來實現(xiàn)音樂門鈴呢？,任務分析,門鈴按鍵從P1.0端口輸入，聲音信號從P1.7端口輸出到放大電路，經(jīng)過放大后送入揚聲器發(fā)聲；首先實現(xiàn)“滴、滴”報警聲，要求產(chǎn)生頻率為500Hz，揚聲器響0.25s，停0.25s，反復循環(huán)；實現(xiàn)“滴、滴”報警門鈴；再實現(xiàn)“叮咚”門鈴，產(chǎn)生“叮咚”聲；最后實現(xiàn)音樂門鈴，要求由單片機演奏任意一首樂曲。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,1、定時器0和定時器1,（1）定時/計數(shù)器的組成框圖,圖4-18051定時器/計數(shù)器邏輯結(jié)構圖,任務一音樂門鈴的分析與仿真,由圖4-1可知，8051單片機定時器/計數(shù)器由定時器0（T0）、定時器1（T1）、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。,16位的加1計數(shù)器（高8位、低8位）T0、T1TMOD-定時/計數(shù)器方式寄存器，工作方式設置；TCON-定時/計數(shù)器控制寄存器，啟動、停止及設置溢出標志。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,（2）定時/計數(shù)器的工作原理,由TMOD中的控制位（CT）來決定T0和T1是工作在定時器方式還是計數(shù)器方式。,1.定時功能-計數(shù)脈沖信號:內(nèi)部振蕩電路經(jīng)12分頻后輸出的脈沖進行加1計數(shù)。計數(shù)頻率是振蕩頻率的1/12fc=1/12*fosc。,2.計數(shù)功能-計數(shù)脈沖信號：來自外部輸入引腳-(T0為P3.4，T1為P3.5）的負跳變信號進行加1計數(shù)fc=1/24*fosc。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,（3）定時/計數(shù)器的方式寄存器和控制寄存器,1)定時/計數(shù)器控制寄存器TCON（88H）,中斷請求標志,觸發(fā)方式選擇,啟動定時/計數(shù)器,0低電平1下降沿,0停止1啟動,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2)工作方式控制寄存器TMOD（89H）,T1控制,T0控制,GATE門控位。GATE=0啟動由TR0（或TR1）一位控制；GATE=1啟動受TR0和/INT0（或TR1和/INT1）兩位控制。,C/T外部計數(shù)器/定時器方式選擇位C/T=0定時方式；C/T=1計數(shù)方式。,M1M0工作模式選擇位（編程可決定四種工作模式）。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,任務一音樂門鈴的分析與仿真,表4-1定時器方式選擇,計數(shù)脈沖輸入,（1）方式013位方式,13位計數(shù)器,定時器,計數(shù)器,中斷,TCON,0,1,1,1,0,定時時間：t=（213-定時器初值）12/fosc(s),2、定時器計數(shù)器的工作方式,任務一音樂門鈴的分析與仿真,任務一音樂門鈴的分析與仿真,例4-1假設晶振頻率是12MHz，用定時器1方式0實現(xiàn)1s的延時。解：因方式0采用13位計數(shù)器,其最大定時時間為：2131s=81921s=8.192ms，因此，可選擇定時時間為5ms，再循環(huán)200次。定時時間選定后，再確定計數(shù)值為5000，則定時器1的初值為：X=M計數(shù)值=81925000=3192=C78H=0110001111000B因13位計數(shù)器中TL1的高3位未用，應填寫0，TH1占高8位，所以，X的實際填寫值應為：X=0110001100011000B=6318H即：TH1=63H，TL1=18H，又因采用方式0定時，故TMOD=00H。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,可編得1s延時子程序如下：,DELAY：MOVR3，#200；置5ms計數(shù)循環(huán)初值MOVTMOD，#00H；設定時器1為方式0MOVTH1，#63H；置定時器初值MOVTL1，#18HSETBTR1；啟動T1LP1：JBCTF1，LP2；查詢計數(shù)溢出SJMPLP1；未到5ms繼續(xù)計數(shù)LP2：MOVTH1，#63H；重新置定時器初值MOVTL1，#18HDJNZR3，LP1；未到1s繼續(xù)循環(huán)RET,（2）方式116位方式,定時時間：t=（216-定時器初值）12/fosc（s）,任務一音樂門鈴的分析與仿真,（3）方式28位自動裝入時間常數(shù)方式,中斷,定時時間：t=（28-定時器初值）12/fosc（s）,任務一音樂門鈴的分析與仿真,任務一音樂門鈴的分析與仿真,例4-2假設晶振頻率是12MHz，試用定時器1方式2實現(xiàn)1s的延時。解：因為方式2是8位計數(shù)器，其最大定時時間為：2561s=256s，為實現(xiàn)1s延時，可選擇定時時間為250s，再循環(huán)4000次。定時時間選定后，可確定計數(shù)值為250，則定時器1的初值為：X=M計數(shù)值=256250=6=6H。采用定時器1方式2工作，因此，TMOD=20H。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,可編得1s延時子程序如下：,DELAY：MOVR5，#28H；置25ms計數(shù)循環(huán)初值MOVR6，#64H；置250s計數(shù)循環(huán)初值MOVTMOD，#20H；置定時器1為方式2MOVTH1，#06H；置定時器初值MOVTL1，#06HSETBTR1；啟動定時器LP1：JBCTF1，LP2；查詢計數(shù)溢出SJMPLP1；無溢出則繼續(xù)計數(shù)LP2：DJNZR6，LP1；未到25ms繼續(xù)循環(huán)MOVR6，#64HDJNZR5，LP1；未到1s繼續(xù)循環(huán)RET,（4）方式32個8位計數(shù)器方式,僅T0可以工作在方式3此時T0分成2個獨立的計數(shù)器TL0和TH0：前者用原來T0的控制信號（TR0、TF0），后者用原來T1的控制信號（TR1、TF1）。,P3.4,P3.2,定時/計數(shù)器,固定為定時器,任務一音樂門鈴的分析與仿真,二者的定時時間分別是：,TL0：t=（28-TL0初值）12/fosc（s）,TL1：t=（28-TL1初值）12/fosc（s）,此時定時器T1仍然可設置成方式0、1或2，但TR1和TF1被定時器T0占用，一般用作串行口波特率發(fā)生器或不需要中斷的場合。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,任務一音樂門鈴的分析與仿真,例4-3假設晶振頻率是12MHz，用定時器T0方式3實現(xiàn)1s的延時。解：根據(jù)題意，定時器T0中的TH0只能為定時器，定時時間可設為250s；TL0設置為計數(shù)器，計數(shù)值可設為200。TH0計滿溢出后，用軟件復位的方法使T0（P3.4）引腳產(chǎn)生負跳變，TH0每溢出一次，T0引腳便產(chǎn)生一個負跳變，TL0便計數(shù)一次。TL0計滿溢出時，延時時間應為50ms，循環(huán)20次便可得到1s的延時。由上述分析可知，TH0計數(shù)初值為：X=（256250）=6=06HTL0計數(shù)初值為：X=（256200）=56=38HTMOD=00000111B=07H,任務一音樂門鈴的分析與仿真,可編得1s延時子程序如下：,DELAY：MOVR3，#14H；置100ms計數(shù)循環(huán)初值MOVTMOD，#07H；置定時器0為方式3計數(shù)MOVTH0，#06H；置TH0初值MOVTL0，#38H；置TL0初值SETBTR0；啟動TL0SETBTR1；啟動TH0LP1：JBCTF1，LP2；查詢TH0計數(shù)溢出SJMPLP1；未到500s繼續(xù)計數(shù)LP2：MOVTH0，#06H；重置TH0初值CLRP3.4；T0引腳產(chǎn)生負跳變NOP；負跳變持續(xù)NOPSETBP3.4；T0引腳恢復高電平JBCTF0，LP3；查詢TH0計數(shù)溢出SJMPLP1；100ms未到繼續(xù)計數(shù)LP3:MOVTL0,#38H；重置TL0初值DJNZR3，LP1；未到1s繼續(xù)循環(huán)RET,3、定時器計數(shù)器的編程和應用,任務一音樂門鈴的分析與仿真,例4-4用單片機定時器/計數(shù)器設計方波發(fā)生器，方波周期為10ms，有P3.0引腳輸出。解：取晶振頻率為12MHz。方波周期為10ms，則半周期為5ms。定時器T1工作于定時方式1，產(chǎn)生5ms的定時。按上述設計思路可知：方式寄存器TMOD的控制字應為：10H定時器T1的初值應為：655365000=60536=EC78H分別采用查詢方式和中斷方式實現(xiàn)。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,1）采用查詢方式，其源程序可設計如下：,;程序功能：在P3.0引腳上產(chǎn)生周期為10ms的方波-T1方式1,查詢方式ORG0000HMOVTMOD,#10H;采用T1方式1MOVTH1,#0ECH;裝入初值MOVTL1,#78HSETBTR1;啟動定時器WAIT:JBCTF1,NX;查詢TF1，是否計滿溢出SJMPWAITNX:CPLP3.0;P3.0引腳電平取反MOVTH1,#0ECH;重裝初值MOVTL1,#78HSJMPWAITEND,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2）采用采用中斷方式，其源程序可設計如下：,;程序功能：在P3.0引腳上產(chǎn)生周期為10ms的方波-T1方式1,中斷方式ORG0000HMOVTMOD,#10H;采用T1方式1MOVTH1,#0ECH;裝入初值MOVTL1,#78HMOVIE,#88H;設定ET1=1，EA=1SETBTR1;啟動定時器SJMP$ORG001BH;中斷服務程序CPLP3.0;P3.0引腳電平取反MOVTH1,#0ECH;重裝初值MOVTL1,#78HRETIEND,1、確定設計方案,選用AT89C51單片機芯片、時鐘電路、復位電路、電源和按鍵和一個揚聲器構成門鈴電路控制的最小系統(tǒng)。,并行接口,AT89C51單片機,電源,時鐘電路,復位電路,揚聲器,圖4-7系統(tǒng)方案設計框圖,任務一音樂門鈴的分析與仿真,按鍵,2、硬件電路設計,圖4-8門鈴電路原理圖,電路所用仿真元器件：AT89C51：單片機RES：電阻CRYSTAL：晶振CAP：電容CAP-ELEC：電解電容BUTTON:按鈕SPEAKER:揚聲器,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2、硬件電路設計,圖4-9實用門鈴電路原理圖,任務一音樂門鈴的分析與仿真,3、源程序設計,任務一音樂門鈴的分析與仿真,（1）實現(xiàn)“滴、滴”報警聲,要求：產(chǎn)生頻率為500Hz，揚聲器響0.25s，停0.25s，反復循環(huán)。1)步驟1：定時參數(shù)的計算要產(chǎn)生頻率為500Hz的方波信號，方波信號的周期為2ms。電路采用12MHz的晶振，利用定時器T0的方式1，產(chǎn)生1ms的定時，在P1.7上輸出周期為2ms的方波。a)T0的方式控制字TMOD:M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字為01Hb)計算計數(shù)初值X由于晶振為12MHz,機器周期T=，要產(chǎn)生產(chǎn)生1ms的定時，計數(shù)初值為將FCH、18H分別預置給TH0、TL0?；蛉缦掠嬎悖篢H0=(65536-1000)/256=0FCH(整數(shù)取商)TL0=(65536-1000)MOD256=18H（取模）揚聲器響0.25s，停0.25s。1次定時中斷時間為1ms，0.25s為250次中斷時間。因此0.25s計時計數(shù)值為250。,3、源程序設計,圖4-10實現(xiàn)“滴、滴”報警聲流程圖,任務一音樂門鈴的分析與仿真,步驟2：流程圖設計,3、源程序設計,;*報警聲控制程序*;程序名：報警聲控制程序xm4_1.asm;程序功能：實現(xiàn)“滴、滴”報警聲TCOUNTEQU30HFLAGBIT00HORG0000HSJMPSTART;跳轉(zhuǎn)到主程序ORG000BH;T0的中斷入口地址LJMPINT_T0;轉(zhuǎn)向中斷服務程序;-主程序-START:CLRFLAG;標志位清零MOVTCOUNT,#00H;計時計數(shù)值清零MOVTMOD,#01H;置T0工作于方式1MOVTH0,#(65536-1000)/256;裝入計數(shù)初值MOVTL0,#(65536-1000)MOD256MOVIE,#82H;開中斷SETBTR0;啟動T0定時器SJMP$;等待中斷,任務一音樂門鈴的分析與仿真,步驟3：源程序編寫,;-T0中斷服務程序-INT_T0:MOVTH0,#(65536-1000)/256;重新裝入計數(shù)值MOVTL0,#(65536-1000)MOD256INCTCOUNT;計時計數(shù)值+1MOVA,TCOUNTCJNEA,#250,I1;是否計滿0.25秒CPLFLAG;計時計數(shù)值取反MOVTCOUNT,#00H;計時計數(shù)值清零I1:JBFLAG,I2;檢查標志位CPLP1.7;聲音輸出SJMPRETUNEI2:CLRP1.7;關聲音RETUNE:RETI;中斷返回END,任務一音樂門鈴的分析與仿真,3、源程序設計,任務一音樂門鈴的分析與仿真,（2）實現(xiàn)“滴、滴”報警門鈴,要求：在（1）的基礎上增加按鈕動作。按鈕按下一次，“滴、滴”聲持續(xù)約3秒。1）步驟1：定時參數(shù)的計算同前面相同。2）步驟2：流程圖設計3）步驟3：源程序編寫,圖4-11實現(xiàn)“滴、滴”報警門鈴主程序流程圖,;*報警門鈴控制程序*;程序名：報警門鈴控制程序xm4_2.asm;程序功能：按下門鈴按鍵，發(fā)出“滴、滴”報警聲TCOUNTEQU30HFLAGBIT00HORG0000HSJMPSTART;跳轉(zhuǎn)到主程序ORG000BH;T0的中斷入口地址LJMPINT_T0;轉(zhuǎn)向中斷服務程序;-主程序-START:CLRFLAG;標志位清零MOVTCOUNT,#00H;計時計數(shù)值清零MOVTMOD,#01H;置T0工作于方式1MOVTH0,#(65536-1000)/256;裝入計數(shù)初值MOVTL0,#(65536-1000)MOD256MOVIE,#82H;開中斷LOOP:JBP1.0,STOP;判斷P1.0是否按下SETBTR0;啟動T0定時器ACALLDELAY;等中斷約3.2sSTOP:CLRP1.7;關聲音CLRTR0;關閉T0定時器SJMPLOOP;反復,任務一音樂門鈴的分析與仿真,;-T0中斷服務程序-INT_T0:MOVTH0,#(65536-1000)/256;重新裝入計數(shù)值MOVTL0,#(65536-1000)MOD256INCTCOUNT;計時計數(shù)值+1MOVA,TCOUNTCJNEA,#250,I1;是否計滿0.25秒CPLFLAG;計時計數(shù)值取反MOVTCOUNT,#00H;計時計數(shù)值清零I1:JBFLAG,I2;檢查標志位CPLP1.7;聲音輸出SJMPRETUNEI2:CLRP1.7;關聲音RETUNE:RETI;中斷返回DELAY:MOVR1,#0FFH;延時約3.2秒DEL1:MOVR2,#0FFHDEL2:MOVR3,#09HDEL3:NOPNOPNOPDJNZR3,DEL3DJNZR2,DEL2DJNZR1,DEL1RETEND,任務一音樂門鈴的分析與仿真,3、源程序設計,任務一音樂門鈴的分析與仿真,要求：按下一次按鈕，產(chǎn)生一次“叮咚”聲?！岸！焙汀斑恕甭曇舾髡加?.5秒1）步驟1：定時參數(shù)的計算“?！焙汀斑恕甭暦謩e為667HZ和500HZ的頻率，即聲音信號周期為1.5ms和2.0ms，P1.7腳輸出信號的高或低電平的寬度為0.75ms(1.5ms/2)和1.0ms(2.0ms/2)。電路采用12MHz的晶振，利用定時器T0的方式2，產(chǎn)生250us的定時。因此，“叮”聲667HZ的頻率要經(jīng)過3次250us的定時，而“咚”聲500HZ的頻率要經(jīng)過4次250us的定時。a)T0的方式控制字TMOD:M1M0=10，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字為02H(定時器T0為工作方式2）b)計算計數(shù)初值X由于晶振為12MHz,機器周期T=，要產(chǎn)生產(chǎn)生250的定時，計數(shù)初值為只有當按下按鈕KEY之后，才啟動T0開始工作，當T0工作完畢，回到最初狀態(tài)?！岸！焙汀斑恕甭曇舾髡加?.5秒，因此定時/計數(shù)器T0要完成0.5秒的定時，對于以250us為基準定時2000次才可以。,（3）實現(xiàn)“叮咚”門鈴,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2）步驟2：流程圖設計,圖4-12實現(xiàn)“叮咚”門鈴主程序流程圖,圖4-13實現(xiàn)“叮咚”門鈴中斷服務程序流程圖,;*門鈴控制程序*;程序名：門鈴控制程序xm4_3.asm;程序功能：實現(xiàn)“叮咚”門鈴聲TDONGDATA30H;“咚”計時(0-4)4*250us=1msTDINGDATA31H;“?！庇嫊r(0-3)4*250us=0.75msT05SADATA32H;0.5s計數(shù)1：0-100T05SBDATA33H;0.5s計數(shù)2：0-20100*20*250us=0.5sFLAGBIT00H;聲音標志，0:發(fā)“?！甭?；1:發(fā)“咚”聲STOPBIT01H;完成標志，1：一次“叮咚”完成KEYBITP1.0;按鍵SPEAKERBITP1.7;喇叭;-主程序-ORG0000HLJMPSTARTORG000BH;T0中斷矢量LJMPINT_T0START:MOVTMOD,#02H;置T0工作于方式2MOVTH0,#06H;裝入計數(shù)初值(250us定時)MOVTL0,#06HSETBET0SETBEA;開中斷,任務一音樂門鈴的分析與仿真,3）步驟3：源程序編寫,NSP:CLRSPEAKER;靜音JBKEY,NSP;如果按鈕沒按下，等待LCALLDELY10MS;10ms延時(防抖處理)JBKEY,NSP;如果按鈕沒按下，等待SETBTR0;啟動T0MOVTDONG,#00H;咚計時清零MOVTDING,#00H;叮計時清零MOVT05SA,#00H;0.5s計數(shù)1清零MOVT05SB,#00H;0.5s計數(shù)2清零CLRFLAG;聲音標志清零CLRSTOP;停止標志清零JNBSTOP,$;若一次“叮咚”沒完成，等待中斷LJMPNSP;-延時子程序-DELY10MS:MOVR6,#20;延時10msD1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1RET;-T0中斷服務程序-INT_T0:INCT05SAMOVA,T05SA;0.5s計數(shù)1+1CJNEA,#100,NEXTMOVT05SA,#00H,任務一音樂門鈴的分析與仿真,INCT05SB;0.5s計數(shù)2+1MOVA,T05SBCJNEA,#20,NEXT;0.5s沒到，到NEXTMOVT05SB,#00H;0.5s計數(shù)2清零JBFLAG,STP;若FLAG=1,到STPCPLFLAG;否則FLAG翻轉(zhuǎn)LJMPNEXTSTP:SETBSTOP;STOP=1CLRTR0;T0停止LJMPRETURNNEXT:JBFLAG,DONG;發(fā)叮聲INCTDING;“叮”計時+1MOVA,TDINGCJNEA,#03H,RETURN;若“?！庇嫊r沒到3，返回MOVTDING,#00H;“?！庇嫊r清零CPLSPEAKER;聲音輸出LJMPRETURN;發(fā)咚聲DONG:INCTDONG;“咚”計時+1MOVA,TDONGCJNEA,#04H,RETURN;若“咚”計時沒到3，返回MOVTDONG,#00H;“咚”計時清零CPLSPEAKER;聲音輸出RETURN:RETIEND,任務一音樂門鈴的分析與仿真,4、實物制作,任務一音樂門鈴的分析與仿真,待在Proteus中仿真調(diào)試結(jié)果正常后，用實際硬件搭建電路。,表4-3元器件清單,控制要求：實現(xiàn)音樂門鈴，由單片機演奏任意一首樂曲要求：采用單片機，演奏軍港之夜樂曲，如圖4-14所示。1）步驟1：定時參數(shù)的計算T0的方式控制字TMOD:M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字為01H(定時器T0為工作方式1)計算計數(shù)初值X晶振為12MHz,軍港之夜為C調(diào)，按表4-4各音符確定定時器T0初值。節(jié)拍時間計算軍港之夜為C調(diào)2/4，最小為1/4拍，最小延時為250ms。采用延時子程序來完成節(jié)拍延時。延時子程序延時25ms,則：1/8拍：125ms，5次延時；1/4拍：250ms，10次延時；1/2拍：500ms，20次延時；3/4拍：725ms，30次延時；1拍：1000ms，40次延時；1又1/2拍：1500ms，60次延時；2拍：2000ms，80次延時；4拍：4000ms,160次延時。只有當按下按鈕KEY之后，才啟動演奏。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,圖4-14“軍港之夜”樂譜,任務一音樂門鈴的分析與仿真,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2）步驟2：流程圖設計,圖4-15實現(xiàn)音樂門鈴主程序流程圖,圖4-16實現(xiàn)音樂門鈴中斷服務程序流程圖,任務一音樂門鈴的分析與仿真,1、調(diào)號,音樂上指用以確定樂曲主音高度的符號。用CDEFGAB這些字母來表示固定的音高。比如，A這個音，標準的音高為每秒鐘振動440周，十二平均律各音的頻率見表4-4。,表4-4十二平均律各音的頻率,任務一音樂門鈴的分析與仿真,2、音調(diào)與節(jié)拍,在音樂中所謂“音調(diào)”，其實就是我們常說的“音高”。當兩個聲音信號的頻率相差一倍時，也即f2=2f1時，則稱f2比f1高一個倍頻程，在音樂學中稱它相差一個八度音。在一個八度音內(nèi)，有12個半音。這12個音階的分度基本上是以對數(shù)關系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個音符的音高，也就是其基本音調(diào)的頻率，我們就可根據(jù)倍頻程的關系得到其他音符基本音調(diào)的頻率。知道了一個音符的頻率后，要產(chǎn)生相應頻率的聲音信號，只要計算出該音頻的半周期（1/(2頻率）)，常采用的方法就是通過單片機的定時器定時中斷，來得到這個半周期時間。為了讓單片機發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時器預置不同的定時值就可實現(xiàn)。,任務一音樂門鈴的分析與仿真,表4-5C調(diào)各音符、頻率和定時初值的關系,任務一音樂門鈴的分析與仿真,表4-6各節(jié)拍與時間的設定,返回,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),上一節(jié)中，應用定時器的工作原理，實現(xiàn)了固定樂曲的播放。那么，這一節(jié)再加上鍵盤來實現(xiàn)音樂演奏。,在音樂門鈴電路基礎上，修改增加硬件（獨立式或矩陣式鍵盤）和軟件程序，利用定時器，完成音樂演奏器（簡易電子琴）的設計和實現(xiàn)：首先采用獨立式鍵盤，完成簡易電子琴的設計和實現(xiàn)；在采用矩陣式鍵盤，完成簡易電子琴的設計和實現(xiàn)。,1、鍵盤工作原理,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),（1）按鍵的分類,1）按鍵按照結(jié)構原理可分為兩類:觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；無觸點開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，單片機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關按鍵。2）按鍵按照接口原理可分為:編碼鍵盤。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別。非編碼鍵盤。非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),（2）鍵輸入原理,1）鍵盤接口的基本功能鍵掃描：監(jiān)測有無鍵按下。判別是否有鍵按下的方式有中斷方式和查詢方式兩種：中斷方式：當鍵按下時，就向CPU發(fā)出中斷請求。CPU響應后，對鍵盤掃描，進行識別，取出鍵值，作相應處理。查詢方式：每隔一定時間，CPU掃描鍵盤一次，查詢有無鍵按下。若有鍵按下，則再查鍵值，作相應處理。去抖動：一個電壓信號通過機械觸點的開/關過程中，由于機械觸點的彈性作用，在開關瞬間均有抖動過程，會出現(xiàn)一系列的負脈沖，,圖4-18機械觸點的開/關過程,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),a）硬件去抖硬件消抖可以采用R-S觸發(fā)器或單穩(wěn)電路構成去抖電路，分別如圖4-18所示。硬件消抖因為要增加硬件開銷，造成電路復雜，除了在數(shù)字電路里使用外，在單片機系統(tǒng)中不太采用。b）軟件去抖在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個10ms的延時程序后，再確認該鍵是否保持閉合狀態(tài)。另外一種方法是連續(xù)判斷按鍵所在線路的電平，如果連續(xù)100次（甚至更多）都出現(xiàn)低電平（一般按鍵都是低電平表示按下），就認為按鍵已經(jīng)穩(wěn)定，可以進行識別，這是企業(yè)實際開發(fā)產(chǎn)品中常用的方法。,圖4-19硬件去抖電路,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),鍵識別：確定是哪一個鍵按下，取出鍵值。每一個按鍵都要確定一個鍵值，以便實現(xiàn)按鍵功能的轉(zhuǎn)移。散轉(zhuǎn)指令就是要根據(jù)這個鍵值來轉(zhuǎn)移。其它可靠的邏輯處理辦法：一次鎖定：不管一次按鍵的時間有多長，僅作一次處理。2）鍵輸入操作的基本框圖,圖4-20鍵輸入框圖,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),（1）獨立式按鍵結(jié)構,圖4-21獨立式按鍵電路,2、獨立式鍵盤,特點：一線一鍵，按鍵識別（編程）簡單；但占用較多口線，適合8鍵以下使用。,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),（2）獨立式按鍵的軟件結(jié)構,獨立式按鍵的軟件可采用中斷方式和查詢方式，本項目中按鍵程序的編寫采用的就是中斷方式。,ORG0000HLJMPSTARTORG0100HSTART：MOVP1,#0FFH;設置P1為輸入口LOOP1:MOVA,P1;讀入P1口的狀態(tài)CJNEA,#0FFH,LOOP2;沒有鍵按下的話，等待SJMPLOOP1LOOP2:LCALLDELY10MS;延時，防抖MOVB,P1;讀入P1口的狀態(tài)CJNEA,B,LOOP1;兩次檢測P1口不同的話，重新檢測JNBACC.0,KEY0;ACC.0=0？若為0則P1.0對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY0JNBACC.7,KEY7;ACC.7=0？若為0則P1.7對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY7SJMPSTARTKEY0：;0#鍵功能程序LJMPSTART;返回主程序開始，繼續(xù)查詢按鍵狀態(tài)KEY1：;1#鍵功能程序LJMPSTARTKEY7：;7#鍵功能程序LJMPSTART,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),(1)矩陣式鍵盤的結(jié)構及原理,圖4-22矩陣鍵盤電路圖,3、矩陣式按鍵,特點：按鍵識別應采用掃描法或線路反轉(zhuǎn)法編程較為復雜，節(jié)省口資源，8鍵以上使用,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),（2）矩陣式鍵盤按鍵的識別,識別按鍵的方法很多，其中，最常見的方法是掃描法，其中一種是“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是最常用的按鍵識別方法。,（3）鍵盤的編碼,對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。鍵盤編碼可采用依次排列鍵號的方式對安排進行編碼。,（4）鍵盤的工作方式,在單片機應用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。,1、確定設計方案,選用AT89C51單片機芯片、時鐘電路、復位電路、電源和8個按鍵，按鍵采用獨立式鍵盤，8個按鍵代表do,rui,mi,fa,so,la,xi,do8個音階，采用查詢方式，可彈奏不同聲音。,并行接口,AT89C51單片機,電源,時鐘電路,復位電路,8鍵查詢式鍵盤,圖4-25系統(tǒng)方案設計框圖,揚聲器,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),2、硬件電路設計,圖4-26獨立式鍵盤簡易電子琴電路原理圖,電路所用仿真元器件：AT89C51：單片機RES：電阻CRYSTAL：晶振CAP：電容CAP-ELEC：電解電容BUTTON:按鍵SPEAKER:揚聲器OSCILLOSCOPE:示波器,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),圖4-27獨立式鍵盤簡易電子琴主程序流程圖,步驟1：流程圖設計,3、源程序設計,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),圖4-28簡易電子琴演奏子程序流程圖,步驟1：流程圖設計,圖4-29簡易電子琴中斷服務程序流程圖,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),3、源程序設計,;*獨立式鍵盤建議電子琴*;程序名：電子琴控制程序xm4_5.asm;程序功能:采用查詢式鍵盤，8個按鍵代表do(中音),rui,mi,fa,so,la,xi,;do(高音)8個音階，可彈奏不同聲音;采用定時器T0工作方式1TUNEDATA22H;22H:暫存音調(diào)的定時初值表的地址偏移值KEY_1BITP1.0;按鍵1do,0：按下KEY_2BITP1.1;按鍵2rui,0：按下KEY_3BITP1.2;按鍵3mi,0：按下KEY_4BITP1.3;按鍵4fa,0：按下KEY_5BITP1.4;按鍵5so,0：按下KEY_6BITP1.5;按鍵6la,0：按下KEY_7BITP1.6;按鍵7xi,0：按下KEY_8BITP1.7;按鍵8do（高），0：按下SPEAKERBITP3.4;喇叭;-主程序-ORG0000HLJMPMAINORG000BH;T0中斷矢量LJMPINT_T0ORG0030HMAIN:MOVSP,#50HMOVTMOD,#01H;置T0工作于方式1SETBET0SETBEA;開中斷MOVP1,#0FFH;設置P1為輸入口,步驟2：源程序編寫,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),START:CLRSPEAKER;靜音CLRTR0;定時器T0停止LOOP1:MOVA,P1;讀入P1口的狀態(tài)CJNEA,#0FFH,LOOP2;沒有鍵按下的話，等待SJMPLOOP1LOOP2:LCALLDELY2MS;延時，防抖MOVB,P1;讀入P1口的狀態(tài)CJNEA,B,LOOP1;兩次檢測P1口不同的話，重新檢測JNBACC.0,KEY1;ACC.0=0？若為0則P1.0對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY1JNBACC.1,KEY2;ACC.1=0？若為0則P1.1對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY2JNBACC.2,KEY3;ACC.2=0？若為0則P1.2對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY3JNBACC.3,KEY4;ACC.3=0？若為0則P1.3對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY4JNBACC.4,KEY5;ACC.4=0？若為0則P1.4對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY5JNBACC.5,KEY6;ACC.5=0？若為0則P1.5對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY6JNBACC.6,KEY7;ACC.6=0？若為0則P1.6對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY7JNBACC.7,KEY8;ACC.7=0？若為0則P1.7對應的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY8SJMPSTARTKEY1:MOVTUNE,#0;do(1)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_1,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY2:MOVTUNE,#2;rui(2)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_2,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵,任務二汽車轉(zhuǎn)向燈控制,KEY3:MOVTUNE,#4;mi(3)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_3,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY4:MOVTUNE,#6;fa(4)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_4,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY5:MOVTUNE,#8;so(5)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_5,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY6:MOVTUNE,#10;la(6)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_6,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY7:MOVTUNE,#12;xi(7)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_7,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵KEY8:MOVTUNE,#14;do高(1)音調(diào)的定時初值表的地址偏移值LCALLSONG;演奏JNBKEY_8,$;等待鍵松開LJMPSTART;返回，繼續(xù)查詢按鍵,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),;-演奏子程序-SONG:MOVA,TUNE;音調(diào)的定時初值表的地址偏移值MOVDPTR,#TABLE;音調(diào)的定時初值表MOVCA,A+DPTRMOVR1,A;音符定時值高位INCDPTRMOVA,TUNEMOVCA,A+DPTRMOVR0,A;音符定時值低位MOVTH0,R1;定時器初值MOVTL0,R0SETBTR0;啟動定時器T0RET;返回;-延時子程序-DELY2MS:MOVR6,#4;延時2msD1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1RET,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),;-T0中斷服務程序-INT_T0:PUSHACC;保護現(xiàn)場PUSHPSWMOVTH0,R1;定時器初值MOVTL0,R0CPLSPEAKER;聲音輸出POPPSW;恢復現(xiàn)場POPACCRETI;中斷返回;決定音調(diào)的定時初值TABLE:DW0FC44H,0FCACH,0FD09H,0FD34H;中音1,2,3,4DW0FD82H,0FDC8H,0FE06H,0FE22H;中音5,6,7,高音1END,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),4、實物制作,任務一音樂門鈴的分析與仿真,待在Proteus中仿真調(diào)試結(jié)果正常后，用實際硬件搭建電路。,表4-8元器件清單,自己動手：擴展到44矩陣式鍵盤，采用編程掃描或定時中斷方式編程，16個按鍵按下分別演奏C調(diào)的低音的3，4，5，6，7，中音的1，2，3，4，5，6，7，高音的1，2，3，4；并用數(shù)碼管顯示按下的鍵值。,圖4-30矩陣式鍵盤簡易電子琴電路原理圖,返回,任務二音樂演奏器的設計與實現(xiàn),返回,項目四音樂演奏器設計,MCS-51單片機內(nèi)部有兩個可編程定時器/計數(shù)器T0和T1，每個定時器/計數(shù)器有四種工作方式：方式0方式3。方式0是13位的定時器/計數(shù)器，方式1是16位的定時器/計數(shù)器，方式2是初值重載的8位定時器/計數(shù)器，方式3只適用于T0，將T0分為兩個獨立的定時器/計數(shù)器，同時T1可以作為串行接口波特率發(fā)生器。不同位數(shù)的定時器/計數(shù)器其最大計數(shù)值也不同。52系列單片機內(nèi)部還有程定時器/計數(shù)器T2，定時器2有三種工作方式：捕獲方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式。對于定時器/計數(shù)器的編程包括設置方式寄存器、初值及控制寄存器（可位尋址）。初值由定時時間及定時器/計數(shù)器的位數(shù)決定。按鍵按