電子琴的課程設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章系統(tǒng)總體方案說(shuō)明1第2章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)框圖和工作原理42.1 89c51單片機(jī)42.2 35矩陣式鍵盤52.3 i/o并行口直接驅(qū)動(dòng)led顯示62.4 發(fā)音電路7第3章 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試83.1主程序設(shè)計(jì)流程框圖83.2按鍵處理子程序93.3音樂播放程序流程框圖93.4翻譯按鍵碼程序103.5延遲子程序113.6軟件調(diào)試11第4章 總結(jié)和體會(huì)12第5章 參考文獻(xiàn)13附錄14 附錄a 系統(tǒng)硬件電路原理圖14附錄b源程序清單15第1章 系統(tǒng)總體方案說(shuō)明本文的主要內(nèi)容是用at89c51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成核心主控制模塊，在主

2、控模塊上設(shè)有15個(gè)按鍵和蜂鳴器。本文主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來(lái)獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。但是由于按鍵數(shù)目有限，本設(shè)計(jì)只有15個(gè)按鍵，并且還可以通過(guò)按轉(zhuǎn)換鍵（本文為music來(lái)切換歌曲與音符的轉(zhuǎn)換。還有，本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來(lái)詳細(xì)闡述。本課題要求以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴，具有自動(dòng)播放樂曲和彈奏樂曲的功能。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，音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系圖1-1：

3、c調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值t的關(guān)系音符頻率（hz）半周期（ms） 簡(jiǎn)譜碼t值定時(shí)值（h）簡(jiǎn)譜碼t值定時(shí)值（d）低1 do2621.90f894h62628低2 re2941.70f95ch63835低3 mi3301.51fa1ah64021低4 fa3491.43fa6ah64103低5 so3921.28fb00h64260低6 la4401.14fb8ch64400低7 si4941.01fc0eh64524中1 do5230.95fc4ah64580中2 re5870.85fcaeh64684中3 mi6590.76fd08h64777中4 fa6980.72fd30h64820中5 so

4、7840.64fd80h64896中6 la8800.57fdc6h64966中7 si9880.51fe02h65030高1 do10460.47fe2ah65058高2 re11750.42fe5ch65110高3 mi13180.38fe84h65157高4 fa13970.36fe98h65178高5 so15680.32fec0h65217高6 la17600.28fee8h65252高7 si19670.25ff06h65283圖1-1本設(shè)計(jì)用89c51單片機(jī)為核心，利用8段數(shù)碼管顯示器.采用動(dòng)態(tài)顯示輸出，用戶信息輸入則采用35矩陣式鍵盤，聲音輸出用蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用8段數(shù)碼管顯示

5、器進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示需要占用4根i/o線，35矩陣式鍵盤占用7根i/o線，蜂鳴器占用1根i/o線，89c51單片機(jī)有足夠的線，不用擴(kuò)展i/o口。用一片單片機(jī)即可滿足本設(shè)計(jì)的輸入輸出。系統(tǒng)框圖如圖1-2所示：時(shí)鐘電路復(fù)位電路 單片機(jī)（at89c51）控制系統(tǒng)8段數(shù)碼管顯示器35矩陣式鍵盤蜂鳴器發(fā)聲電路 圖1-2通過(guò)對(duì)電子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，達(dá)到電子琴固有的基本功能，設(shè)定按鈕k1、 k2和k3。按鈕k1打開并自動(dòng)播放樂曲1；按鈕k2打開并自動(dòng)播放樂曲2；按鈕k3為手動(dòng)控制音樂停止的按鍵。用12個(gè)按鍵開關(guān)來(lái)分別控制產(chǎn)生低音“1、2.7”、中音“1、2、.7”和高音“1、2、.7”中的部分樂音。根

6、據(jù)設(shè)計(jì)要求該電子琴能實(shí)現(xiàn)音鍵的控制，根據(jù)各個(gè)音調(diào)的頻率的差異，來(lái)實(shí)現(xiàn)按下不同的音鍵而發(fā)出不同的聲音。除此之外還實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)并讀出兩首音樂的附加功能。通過(guò)中斷int-1來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的選擇，當(dāng)未按下中斷按鈕時(shí)，執(zhí)行分支1，即按鍵產(chǎn)生低、中、高的1、27音，由12個(gè)按鍵產(chǎn)生12種不同的音；當(dāng)按下中斷按鈕式，執(zhí)行分支2，即可以播放音樂，共有兩首音樂，由兩個(gè)鍵來(lái)分別控制它們，此外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)鍵來(lái)停止音樂的播放。系統(tǒng)主要由電子琴發(fā)聲模塊、按鍵選擇控制模塊和存儲(chǔ)器模塊構(gòu)成。電子琴發(fā)聲模塊負(fù)責(zé)發(fā)出音鍵相應(yīng)的音符；選擇控制模塊負(fù)責(zé)由外部控制電子琴的各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)；顯示模塊負(fù)責(zé)按鍵時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的值，由數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。在

7、只實(shí)現(xiàn)基本功能時(shí)（由功能控制鍵控制），外部輸入的音鍵，由電子琴發(fā)聲模塊發(fā)出相應(yīng)的音符。本文的主要內(nèi)容是用at89c51單片機(jī)為核心控制元件，系統(tǒng)程序主要包括主程序，定時(shí)器中斷程序，鍵盤掃描程序，顯示鍵值子程序，音樂播放程序，延遲子程序等。第2章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)框圖與工作原理2.1 89c51單片機(jī)本設(shè)計(jì)使用的是atmel公司生產(chǎn)的at89c51高性能8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)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)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)mcs51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置8位中央處理器（cpu）和flash存

8、儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。如圖2-1和2-2所示：端口引腳復(fù)用功能 p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時(shí)器0外部輸入）p3.5t1（定時(shí)器1外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）圖2-1和2-22.2 35矩陣式鍵盤我們所用的開發(fā)板一共有12個(gè)按鍵，可采用35矩陣式鍵盤（即3行4列鍵盤），由p2.0p2.2控制行線，p2.4p2.7來(lái)控制列線，p2.3置1，每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)

9、按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過(guò)兩并行接口和cpu通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過(guò)電阻接vcc，而接地是通過(guò)程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無(wú)鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過(guò)軟件查表，查出該鍵的功能，如圖2-3所示：圖2-32.3 i/o并行口直接驅(qū)動(dòng)led顯示由于要顯示每個(gè)按鍵的鍵值，就需要用到數(shù)碼管led顯示模塊。本設(shè)計(jì)一共用了一個(gè)數(shù)碼管顯示器。利用at8

10、9s51單片機(jī)的p0端口的p2.0p2.4連接到一個(gè)共陰數(shù)碼管的筆段上，數(shù)碼管的公共端接地。在數(shù)碼管上循環(huán)顯示09數(shù)字，如圖2-4所示：圖2-42.4 發(fā)音電路發(fā)音電路有三極管，電阻和揚(yáng)聲器組成，三極管的基極接在單片機(jī)的p1.0端口，通過(guò)定時(shí)器溢出的時(shí)間不同，p1.0端口輸出不同頻率的高低電平，p1.0輸出的脈沖頻率不同，三極管導(dǎo)通的頻率也不相同，從而揚(yáng)聲器根據(jù)不同頻率的脈沖發(fā)出的聲音也不相同，發(fā)音電路如下圖2-4所示： 圖2-5第3章 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試程序初始化開始開始鍵盤掃描延時(shí)10ms是否有鍵按下？鍵值編碼送到p3.4揚(yáng)聲器發(fā)音retny主程序設(shè)計(jì)的第一步為初始化，初始化i/o口，設(shè)置定時(shí)

11、器定時(shí)時(shí)間，寫定時(shí)器工作方式寄存器，設(shè)置允許t0中斷。剛開始需要將存儲(chǔ)單元置1，全部置1之后更新顯示緩沖區(qū)。接著進(jìn)行顯示初始化，開定時(shí)器t0，這樣就可以開始顯示了。設(shè)置完以后程序就不斷檢測(cè)按鍵情況。檢測(cè)使用軟件去抖，也就是第一次檢測(cè)到有鍵按下后，延時(shí)10ms后再次檢測(cè)，如果有鍵按下則執(zhí)行相應(yīng)指令。本設(shè)計(jì)還設(shè)計(jì)了防誤操作程序，也就是對(duì)于一個(gè)鍵，按一下和一直按著的效果是一樣的，這樣可以防止用戶還沒放開此鍵時(shí)，程序已進(jìn)行第二次或多次同樣的操作。3.1 主程序設(shè)計(jì)流程框圖見附錄系統(tǒng)硬件原理圖可知矩陣鍵盤的行線由p3.4、p3.6、p3.7連接，列線由p1.3-p1.7連接。檢測(cè)有無(wú)按鍵按下采取的方法為

12、先將行線清零由列線讀取數(shù)據(jù)。如果讀入數(shù)據(jù)不全為1，則表明有鍵按下；然后將行線清零，由列線讀取數(shù)據(jù)，如果讀入數(shù)據(jù)不全為1，則表明有鍵按下。按下的鍵不同經(jīng)過(guò)高位和低位值組合后返回的值也不同，每個(gè) 圖3-1按鍵都具有唯一對(duì)應(yīng)的按鍵碼，這樣就可以很方便的分析出按下的是幾號(hào)鍵。子程序流程圖如圖3-1所示。3.2 按鍵處理子程序知道用戶按下鍵的序號(hào)之后，就需要根據(jù)按鍵功能執(zhí)行相應(yīng)的程序。此子程序用分支的方法依次判斷鍵號(hào)，和預(yù)置鍵號(hào)相同的則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，不同則繼續(xù)執(zhí)行下面判斷。如本程序即music開關(guān)鍵來(lái)控制樂音與音樂相互之間的轉(zhuǎn)換。3.3 音樂播放程序流程框圖知道用戶按下鍵的序號(hào)之后，就需要根據(jù)按鍵功能

13、執(zhí)行相應(yīng)的程序。此子程序用分支的方法依次判斷鍵號(hào)，和預(yù)置鍵號(hào)相同的則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，不同則繼續(xù)執(zhí)行下面判斷。如本程序設(shè)置的是0號(hào)鍵來(lái)關(guān)斷音樂的播放，高電平1鍵用來(lái)自動(dòng)播放音樂功能，通過(guò)music來(lái)進(jìn)行切換，如圖3-2主程序，圖3-3 t0中斷子程序所示： ynyna=ffh？結(jié)束開始r2=0？t0返回p1口led閃爍初始化設(shè)置定時(shí)初值存入樂曲代碼表取首符（定時(shí)常數(shù)）讀取節(jié)拍（延時(shí)常數(shù)）延時(shí)常數(shù)存r2調(diào)用延時(shí)子程序重裝定時(shí)值p3.7輸出圖3-2主程序 圖3-3 t0中斷子程按鍵號(hào)012345678按鍵碼28hebh32ha2he1ha4h24heah20h按鍵號(hào)9101112無(wú)按鍵按鍵碼a0h6

14、0h25h3chffh3.4翻譯按鍵碼程序得到的按鍵碼不能直接使用，還需要經(jīng)過(guò)翻譯才能使用，采用的方法為查詢法，從按鍵碼表格中依次取出按鍵碼和p2口采集的按鍵碼進(jìn)行比較，不同，則繼續(xù)查找，相同，則記錄在按鍵碼表格中的偏移量翻譯按鍵碼子如表圖3-1所示。3.5 延遲子程序本程序是采用動(dòng)態(tài)顯示，用定時(shí)器t0中斷來(lái)顯示，用這種方法的好處在于每次刷新顯示的時(shí)間相同，每個(gè)數(shù)碼管顯示的時(shí)間也相同，這樣就可以讓數(shù)碼管清晰而且穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。用中斷的方法顯示就必須對(duì)用到的寄存器和psw進(jìn)行入棧保護(hù)，這樣才不會(huì)影響其他程序的正常運(yùn)行。晶振頻率為11.0592mhz每次中斷對(duì)一個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，每次定時(shí)3ms，數(shù)

15、碼管刷新一次需要24ms。3、6軟件調(diào)試在將程序下到板子上調(diào)試的過(guò)程花了大概兩天的時(shí)間。出現(xiàn)的問題都很細(xì)微，而且試行了很多種辦法。此實(shí)驗(yàn)主要是采用keil軟件生成.hex文件，在 proteus畫好原理圖之后，調(diào)用.hex文件在單片機(jī)at89c51上進(jìn)行軟件調(diào)試，我們通過(guò)35矩陣式鍵盤進(jìn)行音樂的彈奏，顯示器就顯示我們想要彈得數(shù)字，而二極管輪流閃燈，營(yíng)造一種音樂交替的效果。但當(dāng)切換music口時(shí)，也就是把它變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)按照軟件程序的要求是會(huì)自動(dòng)播放列表中的音樂，程序的大概流程就是這樣，但在這次課程設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，我遇到了很多的問題，剛開始程序用keil軟件運(yùn)行之后，就很多錯(cuò)誤，我自己通過(guò)摸

16、索發(fā)現(xiàn)，程序旁邊不能有文字解釋，會(huì)顯示多余字符。還有，一些警戒性的語(yǔ)句，需要我們?cè)儐柪蠋煵诺靡越鉀Q的。雖然程序沒有多大的問題，也就是說(shuō)，生成了.hex文件，但調(diào)試的時(shí)候顯示器顯示的數(shù)字有點(diǎn)不對(duì)，后者經(jīng)常是會(huì)出現(xiàn)一些亂碼，切換也不自動(dòng)播放音樂，我經(jīng)過(guò)再三的分析程序，然后才得以解決。第4章 總結(jié)和體會(huì)在看完任務(wù)書后，我首先想到的是上網(wǎng)查找一些相關(guān)的資料，搜尋了一會(huì)兒后，結(jié)果覺得不是很滿意。因?yàn)榫W(wǎng)上的一些課程設(shè)計(jì)跟我們的設(shè)計(jì)要求不一樣，所使用的芯片也不一樣，所以只能拿來(lái)起個(gè)參考作用。圖書館這個(gè)資源不能浪費(fèi)，我也從圖書館那借閱了幾本跟單片機(jī)有關(guān)的書籍，我還不至于能達(dá)到白手起家的那種高度。本次設(shè)計(jì)要我們

17、熟悉電子琴產(chǎn)生音樂的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)用單片機(jī)程序產(chǎn)生音樂和自動(dòng)播放音樂的功能。我以前單片機(jī)學(xué)得不是很扎實(shí)，這次要我自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)方框圖以及各單元電路圖，然后利用keil軟件和proteus進(jìn)行仿真和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。課程設(shè)計(jì)的這些要求是對(duì)我的一個(gè)極大的考驗(yàn)，不過(guò)我已下定決心把它們一個(gè)一個(gè)的克服。因?yàn)槭郎蠠o(wú)難事，只怕有心人。時(shí)間過(guò)得真快，轉(zhuǎn)眼間2個(gè)星期已經(jīng)過(guò)去了?，F(xiàn)在回想起來(lái)，調(diào)試的日子歷歷在目，其中有苦也有甜，各中滋味也只有自己最清楚。但是它鍛煉了我不怕困難，堅(jiān)持到底的精神。這次設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多東西，雖然作出來(lái)的東西很基礎(chǔ)，但是加深了我們的動(dòng)手能力和對(duì)書本知識(shí)的理解和掌握。做為一名大四的學(xué)生，我覺

18、得能多做類似的課程設(shè)計(jì)是十分有意義的。特別是在仿真設(shè)計(jì)的過(guò)程中出現(xiàn)的一些故障的檢測(cè)和排除的一些方法，使我積累了經(jīng)驗(yàn)技巧，提高了試驗(yàn)?zāi)芰退?。過(guò)去在自己的心里，老是有種畏難的心理在作祟，懷疑自己的水平和能力，認(rèn)為自己不能把這么難的東西做出來(lái)，甚至連嘗試的膽量都沒有。通過(guò)這次的實(shí)習(xí)，我明白了只要拋棄心中的恐懼，不斷培養(yǎng)自己，就能做出自己都不敢相信的成績(jī)來(lái)。第5章 參考文獻(xiàn)1、51系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程 周向紅 編 北航出版社2、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 何立民 編 北航出版社3、單片機(jī)原理及應(yīng)用 王迎旭 主編 機(jī)械工業(yè)出版社4、51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例 樓然苗 等編 北航出版社5、51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開

19、發(fā)典型實(shí)例戴家 編中國(guó)電力出版社6、單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)陳光東編 華中科技出版社7、單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 房小翠 編 國(guó)防工業(yè)出版社附錄附錄a 系統(tǒng)硬件電路原理圖 電路原理圖附錄b源程序清單org 0000hjmp startorg 000bh ；定時(shí)器t0的入口地址cpl p1.0 ；p1.0取反mov th0,r2mov tl0,r3retiorg 001bh ；定時(shí)器t1的入口地址inc 20h ；寄存器內(nèi)容加1mov th1,#3ch ；送計(jì)數(shù)初值mov tl1,#0b0hretiorg 0030h ；外部中斷0入口地址start:mov p2,#00h ；p2送初值0mov

20、 sp,#05fhmov tmod,#11h ；采用工作方式三setb et0 ；定時(shí)器t0開放setb ea ；允許cpu中斷定時(shí)器setb et1 ；開放定時(shí)器t1mov 20h,#00h;- 鍵盤模塊-test:clr p1.7jnb p3.5,bmusic ；p3.5口為0就轉(zhuǎn)bmusicsetb p1.7 ；p1.7置1clr p1.6jnb p3.5,b1 ；p3.5口為0就跳轉(zhuǎn)b1jnb p3.7,b5setb p1.6clr p1.5jnb p3.6,bstudyjnb p3.5,b2jnb p3.7,b6setb p1.5 ；p1.5置1clr p1.4jnb p3.5,b3

21、jnb p3.7,b7setb p1.4clr p1.3jnb p3.5,b4setb p1.3jmp test ；跳轉(zhuǎn)至test;-bmusic:mov dptr,#m1jmp musicb1: mov dptr,#y1jmp musicb5: mov dptr,#y5jmp musib2:mov dptr,#y2jmp musicb6:mov dptr,#y6jmp musicb3:mov dptr,#y3jmp musicb7:mov dptr,#y7jmp musicb4:mov dptr,#y4jmp musicbstudy:;-音樂模塊-music:mov 20h,#00hclr

22、amovc a,a+dptrmov r0,ainc dptrclr amovc a,a+dptrmov r1,acjne a,#00h,gojmp jie_shugo:cjne a,#0ffh,ggo ；判斷a和#0ffh是否相等jmp zan_tingggo:cjne a,#0eeh,yyjmp tan_zouyy: lcall qyf ；長(zhǎng)調(diào)用指令mov a,r1setb tr0setb tr1mov a,r1am:mov p2,r0cjne a,20h,amclr tr0clr tr1inc dptrljmp musicjie_shu:clr p1.0jmp testzan_ting:s

23、etb tr1mov a,r1mov a,05hclr p1.0an:cjne a,20h,an ；判斷a和20h是否相等clr tr1mov 20h,#00hinc dptr ；dptr加1jmp musictan_zou:lcall qyfsetb tr0setb tr1aaa:mov p2,r0mov a,#0ahcjne a,20h,aaamov 20h,#00hjnb p3.5,aaajnb p3.7,aaaclr tr0clr tr1jmp test;-附加子程序-qyf:push dphpush dplmov a,r0dec amov b,#02hmul abmov dptr,#yfcmovc a,a+dptrmov r2,amov th0,a