單片機(jī)電子琴實(shí)驗(yàn)報(bào)告(共14頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)及DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告專(zhuān) 業(yè)： 通信工程班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 李賀時(shí) 間：2015-06-222015-07-03通信與電子工程學(xué)院基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)一、 課設(shè)的目的及內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要是用單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一臺(tái)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤(pán)、蜂鳴器、數(shù)碼管等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有7個(gè)按鍵和1個(gè)復(fù)位按鍵。本系統(tǒng)主要是完成的功能：電子琴?gòu)椬嗖@示所按的按鍵對(duì)應(yīng)音的唱名。關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī)C語(yǔ)言，利用定時(shí)器來(lái)控制頻率，而每個(gè)音符的符號(hào)只是存在自定義的表中?？傊?，本設(shè)計(jì)的電子琴有以下要求： （1）用鍵盤(pán)作出電子

2、琴的按鍵，共7個(gè)，每鍵代表1個(gè)音符。各音符按照符合電子琴的按鍵順序排列； （2）達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡(jiǎn)單的樂(lè)曲；（3）在按下按鍵發(fā)出音符的同時(shí)顯示出音符所對(duì)應(yīng)的唱名即1（dao）、2（ruai）、3（mi）、4（fa）、5（sao）、6（la）、7（xi）。二、問(wèn)題分析、解決思路及原理圖本系統(tǒng)采用STC89C52RC為主控芯片，因其精度較高，操作比較靈活，輸入電路和輸出電路由芯片來(lái)進(jìn)行處理，電路的系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，功耗小。其中，輸入電路有7個(gè)獨(dú)立按鍵，通過(guò)按鍵隨意按下所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過(guò)識(shí)別，解碼輸出音符，在蜂鳴器中發(fā)出有效的聲音。由于需要顯示的信息

3、不多，顯示電路未采用液晶屏顯示，而是使用數(shù)碼管顯示電路負(fù)責(zé)顯示按下的琴鍵所對(duì)應(yīng)音符的唱名，這樣既節(jié)省了成本，又降低了編程難度。 圖1如圖1所示基于單片機(jī)STC89C52RC的電子琴電路，它主要由琴鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路和時(shí)鐘-復(fù)位電路四部分所構(gòu)成。三、 硬件設(shè)計(jì)（一） 琴鍵控制電路琴鍵控制電路作為人機(jī)聯(lián)系的輸入部分，也是間接控制數(shù)碼顯示和音頻功放的重要組成部分。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤(pán)的思路。獨(dú)立式鍵盤(pán)的特點(diǎn)是一鍵一線，各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)鍵各接一條I/O口線，通過(guò)檢測(cè)I/O輸入線的電平狀態(tài)，可判斷出被按下的按鍵。 顯而易見(jiàn)，這樣電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按下按鍵的軟

4、件編寫(xiě)簡(jiǎn)單。適用于鍵盤(pán)按鍵數(shù)目較少的場(chǎng)合，不適用于鍵盤(pán)按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，因?yàn)閷⒄加幂^多的I/O口線。 獨(dú)立式鍵盤(pán)的7個(gè)獨(dú)立按鍵分別對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O口線，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線就變成了低電平，與其它按鍵相連的檢測(cè)線仍為高電平，只需讀入I/O輸入線的狀態(tài)，判別哪一條I/O輸入線為低電平，很容易識(shí)別哪個(gè)鍵被按下。（二） 數(shù)碼管顯示電路LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管縮寫(xiě)。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的。 常見(jiàn)的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計(jì)8段。它由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。一般來(lái)說(shuō)分共陽(yáng)極和共陰極兩種接

5、法，如圖二所示為八段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形。圖二共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示，如圖二a所示。反之，共陰極發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常公共陰極接地。當(dāng)陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，如圖二b所示。LED數(shù)碼管的a至g七個(gè)發(fā)光二極管因接得電壓不同而導(dǎo)致不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱(chēng)之為字形碼，如表一所示為八段LED數(shù)碼管的字形碼表。 表一本設(shè)計(jì)所采用的是共陰二極管。（三） 音頻功放電路本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器作為音頻發(fā)生的設(shè)備，而若將蜂鳴器的正極直接與單片機(jī)端口相連，由于單片機(jī)端口的電流

6、值太小而無(wú)法驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，所以本設(shè)計(jì)采用三極管放大電流的方法來(lái)完成目的的，如圖三所示， 圖三（四） 時(shí)鐘、復(fù)位電路1、 時(shí)鐘電路時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。 STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖四是STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路，C1和C2的典型值通常選擇為30pF，石英晶體常選6MHz或12MHz的。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式

7、做時(shí)鐘電路 圖四2、 復(fù)位電路單片機(jī)的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就使STC89C52復(fù)位。這些操作都是由復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在單片機(jī)的實(shí)用系統(tǒng)中，一般有兩種復(fù)位操作形式：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位在單片機(jī)系統(tǒng)每次通電時(shí)執(zhí)行。上電時(shí)，電容C充電加給RST引腳一個(gè)短的高電平信號(hào)，此信號(hào)隨著VCC對(duì)電容C的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容C充電時(shí)間。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，RST引腳上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。手動(dòng)復(fù)位在系統(tǒng)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤或程序運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)使用。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，按下復(fù)位鍵，高電平輸入RST引腳，單片機(jī)被

8、強(qiáng)制執(zhí)行復(fù)位操作，系統(tǒng)可以退出錯(cuò)誤運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)正常工作。四、 軟件設(shè)計(jì)1、硬件接口定義引腳名接口說(shuō)明P0.0P0.7數(shù)碼管與單片機(jī)通信口 P1.0P1.7 獨(dú)立按鍵接口 P3.3 控制蜂鳴器2 .發(fā)聲原理若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將P3.3反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。利用STC89c52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T1/5231912s，因此只要

9、令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956s/1s956，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：Nfi÷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：T65536N65536fi÷2÷fr 例如：設(shè)K65536，fi1MHz，求中音DO（261Hz）。T65536N65536fi÷2÷fr65536÷2÷fr65536/fr，中音DO的T65536/52364580。3.程序流程 3.1主函數(shù)運(yùn)用模

10、塊化的思想，流程如圖所示。 3.2初始化函數(shù) 流程圖如下圖所示，該函數(shù)對(duì)所需的I/O口、定時(shí)器0以及數(shù)碼管蜂鳴器進(jìn)行初始化配置。初始化開(kāi)始 定時(shí)器0設(shè)置為模式一關(guān)閉數(shù)碼管關(guān)閉蜂鳴器 關(guān)定時(shí)器0定時(shí)器0中斷允許 結(jié)束開(kāi)總中斷 3.3音頻處理及數(shù)碼管顯示是否按下鍵盤(pán)掃描開(kāi)始 本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管顯示編碼較容易，所以將其與發(fā)聲程序一同處理，使編碼更加簡(jiǎn)潔。流程圖如下所示是蜂鳴器發(fā)聲且數(shù)碼管顯示結(jié)束否五、 源程序#include<reg52.h>#define keyport P1 #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit

11、 SPK=P33; /蜂鳴器接口定義uchar high,low; /定時(shí)器預(yù)裝值的高八位和低八位uchar code fre2= /頻率值0x44,0xfc, /中音10xac,0xfc, /中音20x09,0xfd, /中音30x34,0xfd, /中音40x82,0xfd, /中音50xc2,0xfd, /中音60x06,0xfe, /中音7;uchar code table=0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,/數(shù)碼管顯示1,2,3,4,5,6,7所對(duì)應(yīng)的P0口電平0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,; void delay(uint x);/延時(shí)函數(shù)voi

12、d Init(void);/初始化函數(shù)void main (void) /主函數(shù)開(kāi)始Init();/先進(jìn)行初始化while(1)uchar num;switch(keyport) /掃描按鍵及判斷鍵值case 0xfe: delay(1);if(keyport=0xfe) /消抖P0=table0; /數(shù)碼管顯示音的唱名num=1;break;case 0xfd: delay(1);if(keyport=0xfd)P0=table1;num=2;break;case 0xfb: delay(1);if(keyport=0xfb)P0=table2;num=3;break;case 0xf7:d

13、elay(1);if(keyport=0xf7)P0=table3;num=4;break;case 0xef:delay(1);if(keyport=0xef)P0=table4;num=5;break;case 0xdf:delay(1);if(keyport=0xdf)P0=table5; num=6;break;case 0xbf:delay(1);if(keyport=0xbf)P0=table6;num=7;break;case 0x7f:delay(1);if(keyport=0x7f)P0=table7;num=8;break;default:num=0;break;if(nu

14、m=0) /沒(méi)按按鍵TR0=0;elsehigh=frenum-11; /將按鍵所對(duì)應(yīng)的頻率值裝入定時(shí)器的高八位與低八位 low=frenum-10; TR0=1; /定時(shí)器打開(kāi) delay(500); /將其延時(shí) SPK=0; /延時(shí)后關(guān)閉 P0=0x00; void Init(void) /初始化函數(shù)SPK=0;P0=0x00;TMOD = 0x01;EA=1;ET0=1; TR0=0; void Timer0_isr(void) interrupt 1 /中斷函數(shù)SPK=!SPK; TH0=high;TL0=low;void delay(uint x) /延時(shí)函數(shù)int a,b;for(

15、a=x;a>0;a-) for(b=110;b>0;b-) ;六、 Proteus仿真Proteus軟件是英國(guó)Labcenter Electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。是目前同類(lèi)軟件中最先進(jìn)、最完整的電子類(lèi)仿真平臺(tái)之一。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到PCB板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程。 最新Keil uVision4 IDE，旨在提高開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)更快，更有效的程序開(kāi)發(fā)

16、。Keil uVision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任何地方，包括支持多顯示器窗口。Keil uVision4在Keil uVision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能：多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng)；系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息；調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個(gè)調(diào)試窗口布局；多項(xiàng)目工作區(qū)簡(jiǎn)化與眾多的項(xiàng)目仿真結(jié)果七、 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決的方法電子琴在設(shè)計(jì)過(guò)程中并非一帆風(fēng)順的，前前后后遇到了各種各樣的問(wèn)題，說(shuō)幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。首先是數(shù)碼管的問(wèn)題，焊接剛剛完成的時(shí)候，數(shù)碼管完全是沒(méi)有任何的反應(yīng)的，反復(fù)檢查程序，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)

17、題。又檢查電路是否連接正確，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，完全是按照仿真圖來(lái)連接的。直到用電壓表檢查端口電壓時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在哪。原來(lái)是最新系統(tǒng)上的上拉電阻阻值過(guò)大導(dǎo)致的，找到問(wèn)題解決就容易多了，我重新找了1k的電阻作為上拉電阻，焊接完成后，再重新運(yùn)行單片機(jī)，數(shù)碼管便正常了。第二個(gè)問(wèn)題是蜂鳴器發(fā)聲問(wèn)題，也是很多同學(xué)都遇到的問(wèn)題，就是蜂鳴器對(duì)頻率的敏感性太差，同樣的電路用揚(yáng)聲器就很完美，但用蜂鳴器效果就比較差。八、 設(shè)計(jì)體會(huì)總體來(lái)說(shuō)，此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)使我收獲良多，雖然課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多困難與問(wèn)題，但我最終還是完成了設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求。具體來(lái)說(shuō)可以分為以下幾點(diǎn)：第一，不夠細(xì)心，不夠嚴(yán)謹(jǐn)（如因?yàn)榇中拇笠舛稿e(cuò)線）；第二，因?qū)φn本理論的掌握度不夠?qū)е戮幊坛霈F(xiàn)錯(cuò)誤；第三，硬件方面，剛開(kāi)始有的程序模塊不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，對(duì)于有的硬件，在實(shí)物制作過(guò)程中焊了比較多的排線，同時(shí)對(duì)于整體各元器件的布局都有很高的要求。不過(guò)在向同學(xué)請(qǐng)教，各方面都有了不同程度的改善；第四，在做人方面，我認(rèn)識(shí)到，無(wú)論做什么事情，只要你足夠堅(jiān)強(qiáng)，有足夠的毅力和決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒(méi)有什么辦不到的。通過(guò)這次課設(shè)，也使我進(jìn)一步熟悉和掌握了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和步驟, 掌