單片機(jī)簡(jiǎn)易電子琴課程設(shè)計(jì)匯本報(bào)告

...wd......wd......wd...山東交通學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)院(系)別交通與物流工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班級(jí)物聯(lián)141學(xué)號(hào)140516112姓名解文博指導(dǎo)教師侯貽蒙二○一六年六月摘要本課題的主要內(nèi)容就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是用AT89C52單片機(jī)為核心控制元件并與鍵盤(pán)、揚(yáng)聲器等模塊聚城核心主控制模塊，利用所給鍵盤(pán)的1,2,3,4,5,6,7,8,八個(gè)鍵，能夠發(fā)出8個(gè)不同的音調(diào)，并且要求按下按鍵發(fā)聲。當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤(pán)上有鍵被按下，則快速檢測(cè)出是哪一個(gè)鍵被按下，然后單片機(jī)的定時(shí)器被啟動(dòng)，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一個(gè)鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停頓，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。先根據(jù)要求設(shè)計(jì)硬件電路和編寫(xiě)相應(yīng)的程序，然后進(jìn)展仿真調(diào)試，最后細(xì)心焊接硬件電路圖，將程序烤入芯片中，最終到達(dá)設(shè)計(jì)目的。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比擬高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，按鍵，音階，揚(yáng)聲器1設(shè)計(jì)的目的和意義單片機(jī)〔單片微型計(jì)算機(jī)〕是大規(guī)模集成電路技術(shù)開(kāi)展的產(chǎn)物，具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。單片機(jī)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，從平常的家用電器到航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器都能找到它的身影。因此，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。音樂(lè)隨著人們的生活水平也逐步提高已經(jīng)成為了我們生活中很重要的一局部，在工作和學(xué)習(xí)之余，欣賞音樂(lè)不僅使身心得到放松，同時(shí)也提高人們的精神品質(zhì)和個(gè)人素養(yǎng)。當(dāng)代，愛(ài)好音樂(lè)的年輕人越來(lái)越多，也有不少人自己練習(xí)彈奏樂(lè)器，作為業(yè)余愛(ài)好和一種放松的手段，鑒于一些樂(lè)器學(xué)習(xí)難度大需花費(fèi)太多精力，且其價(jià)格太過(guò)于高昂，使得一局部有這種想法的人不得不放棄這種想法，而電子琴又是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器，它是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，價(jià)格相對(duì)廉價(jià)，能夠滿(mǎn)足一般愛(ài)好者的需求，因此，在現(xiàn)代音樂(lè)中扮演著重要的角色。故簡(jiǎn)易電子琴的研制具有一定的社會(huì)意義。2設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能利用所給鍵盤(pán)的1，2，3，4，5，6，7，8八個(gè)鍵，能夠發(fā)出8個(gè)不同的音調(diào)當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤(pán)上有鍵被按下單片機(jī)的定時(shí)器被啟動(dòng)，發(fā)出一定頻率的脈沖，如果在該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音前一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一個(gè)鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停頓，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開(kāi)延時(shí)一段時(shí)間停頓3硬件系統(tǒng)構(gòu)造3.1總體電路設(shè)計(jì)電子琴總體電路分別由單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、顯示模塊、按鍵模塊、發(fā)音模塊四個(gè)模塊組成。如以下列圖所示。圖3-1總體電路設(shè)計(jì)3.2原理圖圖3-2原理圖3.3鍵盤(pán)設(shè)計(jì)鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。鍵盤(pán)可以分為2類(lèi)：獨(dú)立連接式鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)。(1)矩陣式鍵盤(pán)單片機(jī)系統(tǒng)中，假設(shè)按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式〔也稱(chēng)行列式〕鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行、列線(xiàn)的穿插點(diǎn)上。顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤(pán)較之獨(dú)立式按鍵鍵盤(pán)要節(jié)省很多I/O口。矩陣式鍵盤(pán)中，行、列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接到+5V上．當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，行線(xiàn)處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線(xiàn)將導(dǎo)通，此時(shí)，行線(xiàn)電平將由與此行線(xiàn)相連的列線(xiàn)電平?jīng)Q定。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。(2)獨(dú)立連接式鍵盤(pán)獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線(xiàn)構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線(xiàn)，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線(xiàn)的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件構(gòu)造簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線(xiàn)，然而，在按鍵較多時(shí)，I/O口線(xiàn)浪費(fèi)較大，不宜采用。獨(dú)立式按鍵軟件常采用查詢(xún)式構(gòu)造。先逐位查詢(xún)每根I/O口線(xiàn)的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線(xiàn)輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。由于本程序較為簡(jiǎn)單，為了使用方便及節(jié)省資源，選擇獨(dú)立式鍵盤(pán)。以下列圖為獨(dú)立式鍵盤(pán)電路圖：圖3-3獨(dú)立式鍵盤(pán)電路圖鍵盤(pán)編程中主要考慮去抖動(dòng)的問(wèn)題。當(dāng)測(cè)試說(shuō)明有鍵被按下之后，緊接著就進(jìn)展去抖動(dòng)處理。因?yàn)殒I是機(jī)械開(kāi)關(guān)構(gòu)造，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。為保證鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，在電壓信號(hào)抖動(dòng)的情況下不能進(jìn)展行狀態(tài)輸入。為此需進(jìn)展去抖動(dòng)處理。去抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動(dòng)電路，從根本上防止抖動(dòng)的產(chǎn)生。軟件消抖，在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)程序之后，再檢測(cè)此按鍵，如果第二次檢測(cè)結(jié)果仍為按下?tīng)顟B(tài)，CPU便確認(rèn)此按鍵己按下，消除了抖動(dòng)。3.4發(fā)音模塊設(shè)計(jì)如以下列圖所示，發(fā)音電路是由蜂鳴器、三極管、上拉電阻構(gòu)成。由三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音的，同時(shí)加上拉電阻增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流，提高驅(qū)動(dòng)能力。圖3-4發(fā)音電路圖一首音樂(lè)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(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系正確即可。4軟件功能實(shí)現(xiàn)4.1軟件系統(tǒng)流程分析〔1〕鍵盤(pán)掃描程序：檢測(cè)是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無(wú)按鍵按下，則返回鍵盤(pán)掃描程序繼續(xù)檢測(cè)?！?〕琴鍵處理程序：根據(jù)檢測(cè)到的按鍵值，查詢(xún)音調(diào)表，給計(jì)時(shí)器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)初始化初始化開(kāi)啟定時(shí)器開(kāi)啟定時(shí)器判斷是否按鍵判斷是否按鍵NN關(guān)閉定時(shí)器，無(wú)聲音發(fā)出關(guān)閉定時(shí)器，無(wú)聲音發(fā)出YY鍵盤(pán)掃描，確定按下的按鍵鍵盤(pán)掃描，確定按下的按鍵發(fā)出相應(yīng)音調(diào)發(fā)出相應(yīng)音調(diào)圖4-1主程序流程圖4.2關(guān)鍵代碼的實(shí)現(xiàn)4.2.1鍵盤(pán)掃描unsignedcharkeys_scan(void){unsignedcharTmp,k=16;P2=0x0F;delay_1ms(2000);Tmp=P2^0x0F;switch(Tmp)//確定掃描的是哪一列{case1:k=0;break;case2:k=1;break;case3:k=2;break;case4:k=3;break;default:return16;//無(wú)鍵按下，返回}P2=0xF0;delay_1ms(2000);Tmp=(P2>>4)^0x0F;switch(Tmp)//確定掃描的是那一行{case1:k+=0;break;case2:k+=4;break;case3:k+=8;break;case4:k+=12;break;default:return16;//無(wú)鍵按下，返回}returnk;}4.2.2發(fā)聲程序//音符發(fā)生的中斷voidplay_tone()interrupt1{TH0=Sound_Temp_TH0;TL0=Sound_Temp_TL0;beep=!beep;}4.3其他關(guān)鍵技術(shù)定時(shí)器產(chǎn)生音樂(lè)原理利用單片機(jī)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T＝1/523＝1912μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs＝956，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(如式2-1所示)是：N＝fi÷2÷fr

2-1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：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr例如：設(shè)K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO〔261Hz〕、中音DO〔523Hz〕、高音DO〔1046Hz〕的計(jì)數(shù)值。T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr低音DO的T＝65536－500000/262＝63627中音DO的T＝65536－500000/523＝64580高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059音符頻率表音符頻率〔HZ〕簡(jiǎn)譜碼〔T值〕音符頻率〔HZ〕簡(jiǎn)譜碼〔T值〕低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763731中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83164934#2RE#31163928中6LA88064968低3M33064021#693264994低4FA34964103中7SI98865030#4FA#37064185高1DO104665058低5SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#646664463高3M131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#148065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764684#5SO#166165235#2RE#62264732高6LA176065252中3M65964777#6186565268中4FA69864820高7SI196765283采用查表程序進(jìn)展查表時(shí)，可以為這個(gè)音符建設(shè)一個(gè)表格，有助于單片機(jī)通過(guò)查表的方式來(lái)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)：低音0－19之間，中音在20－39之間，高音在40－59之間。用單片機(jī)彈奏電子琴，實(shí)際上是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。為了輸出適宜的方波，首先應(yīng)該知道音符與頻率的關(guān)系。5設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)本次課程對(duì)知識(shí)的要求較為綜合，我們用到了單片機(jī)，數(shù)字電路，單片機(jī)各引腳，中斷系統(tǒng)原理等知識(shí)。在教師的幫助下，以及自己不斷查找資料，慢慢進(jìn)入狀態(tài)。我們將編好的源程序輸入電腦，編譯后出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有許多是平時(shí)實(shí)驗(yàn)遇到過(guò)的，例如：輸入的分號(hào)格式不正確，零和字母O弄混淆。對(duì)于中斷程序，運(yùn)行過(guò)程中按鍵控制不穩(wěn)定，不能按照預(yù)想的要求控制中斷。鍵盤(pán)編程中主要考慮去抖動(dòng)的問(wèn)題。當(dāng)測(cè)試說(shuō)明有鍵被按下之后，緊接著就進(jìn)展去抖動(dòng)處理。因?yàn)殒I是機(jī)械開(kāi)關(guān)構(gòu)造，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。為保證鍵識(shí)別的準(zhǔn)確，在電壓信號(hào)抖動(dòng)的情況下不能進(jìn)展行狀態(tài)輸入。6設(shè)計(jì)結(jié)果當(dāng)按下鍵盤(pán)的1,2,3,4,時(shí)，可以發(fā)出DO,RE,M,FA四個(gè)音調(diào)；按5,6,7,8,八個(gè)鍵，能夠發(fā)出升一調(diào)的DO,RE,M,FA，如果在前一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一個(gè)鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停頓，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。7總結(jié)與心得在為期一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中，我在增長(zhǎng)知識(shí)、提高能力的同時(shí)，產(chǎn)生了很深的感觸。從初步定下方案到編出程序，從不斷的運(yùn)行排錯(cuò)到調(diào)試成功，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，著實(shí)受益匪淺，不僅可以穩(wěn)固以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的東西。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)作品的制作讓我對(duì)單片機(jī)的理論有了更加深入的了解，同時(shí)在具體的制作過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用存在著不小的差距，書(shū)本上的知識(shí)很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實(shí)際的因素，或者涉及的不全面，可在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問(wèn)題，這讓我們無(wú)法根據(jù)書(shū)上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時(shí)結(jié)果甚至很差異很大。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我根本掌握了如何利用keil生成hex文件。通過(guò)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過(guò)程，使我對(duì)89c52系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法。我熟悉了89c52系列單片機(jī)內(nèi)部的存放器和編程規(guī)則，以及如何控制外圍電路?？傊?，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們都清楚明白了自己的能力有多深，想提高還得歸于多鍛煉，多動(dòng)手，多向別人學(xué)習(xí)。8參考文獻(xiàn)[1]陳明熒．8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003年9月[2]徐新艷．單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐[M]．北京：高等教育出版社，2005年3月[3]張淑清，姜萬(wàn)錄等，單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M]．國(guó)防工業(yè)出版社，2003[4]馮博琴，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]．清華大學(xué)出版社，20049附錄:系統(tǒng)程序源碼/***********************************************************實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：簡(jiǎn)易電子琴的程序程序說(shuō)明：能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)演奏功能，其中按鍵-8是用于單獨(dú)演奏的***********************************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>//本程序是電子琴的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)演奏功能。其中，按鍵1-8是用于單獨(dú)演奏的unsignedintcodetone_delay_table[]={63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110};//各音符對(duì)應(yīng)的延時(shí)表sbitbeep=P3^5;//蜂鳴器的位定義unsignedcharSound_Temp_TH0,Sound_Temp_TL0;//音符定時(shí)器初值暫存voiddelay_1ms(unsignedinti){while(i--);}//延時(shí)//鍵盤(pán)矩陣掃描//返回按下的鍵的值unsignedcharkeys_scan(void){unsignedcharTmp,k=16;P2=0x0F;delay_1ms(2000);Tmp=P2^0x0F;switch(Tmp)//確定掃描的是哪一列{case1:k=0;break;case2:k=1;break;case3:k=2;break;case4:k=3;break;default:return16;//無(wú)鍵按下，返回}P2=0xF0;delay_1ms(2000);Tmp=(P2>>4)^0x0F;switch(Tmp)//確定掃描的是那一行{case1:k+=0;break;case2:k+=4;break;case3:k+=8;break;case4:k+=12;break;default:return16;/