基于STC89C52单片机的简易电子琴Word格式文档下载.docx
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摘要
单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等的优点，故广泛应用于国民经济的各个领域目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。
单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；
及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器,使用经典的MCS-51内核。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
单片机又称微控制器，其中最基本的结构是将CPU和计算机外围功能单元，如储存器、I/O口、定时器/计数器、中断系统等集成在一个芯片上构成的。
一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的延时来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
本设计采用STC89C52芯片组成的最小系统，结合四位共阴数码管，八位独立按键，以及一位无源蜂鸣器构成的简易电子琴。
通过软件设置，使系统达到，按下控制按键，蜂鸣器发出Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H，八个简单的音调，同时数码管显示相应按键的标号，达到简易电子琴系统功能的实现。
关键词：
STC89C51，简易电子琴，共阴数码管，独立按键
一、设计任务、要求
1.1、设计任务：
利用52单片机最小系统，共阴数码管，无源蜂鸣器以及独立按键，设计实现可发出八个基本音阶的简易电子琴系统。
1.2、设计要求：
1、蜂鸣器可发出八个简单音阶。
2、八位独立按键分别控制不同的音阶产生。
3、四位数码管依据所按按键，在不同的数码管上显示不同的数字。
4、通过按键实现系统复位。
二、方案总体设计
本次设计简易电子琴，通过STC89C52芯片最小系统控制电路，以八位独立按键控制，蜂鸣器产生八个不同的音阶，四位共阴数码管显示不同的数字，独立按键控制复位。
系统编程采用Keilc软件，电路图设计以及PCB板绘制使用Altiumdesigner软件，仿真调试使用ISIS软件实现。
将不同模块结合起来，实现简易电子琴的设计。
2.1、显示模块
本设计采用四位数码管显示，每位数码管分别由八位发光二极管组成。
数码管可分为共阴和共阳两种，通过不同的位选操作驱动不同的数码管显示，再通过不同的段选点亮不同的发光二极管，达到显示不同数字的功能。
2.2、按键模块
八位独立按键，通过P2口控制音阶的产生和数码管显示，按下响应的键产生设定的声音点亮对应的数码管。
2.3、蜂鸣器音阶产生模块
蜂鸣器可分为两种，分别为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器
注意，这里的“源”不是指电源。
而是指震荡源。
也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。
而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。
必须用2K~5K的方波去驱动它有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。
无源蜂鸣器的优点是：
1。
便宜
2。
声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果
3。
在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。
有源蜂鸣器的优点是：
程序控制方便
乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。
通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。
（1）单片机产生不同频率脉冲信号的原理：
要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器或延时函数计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。
例如：
要产生1KHZ的频率，则半周期为0.5ms，则P3^5所送出的信号中，0.5ms为高电平，0.5ms为低电平。
若0.5ms高电平与0.5ms为低电平为一组信号（总共1ms），连续送出100组，则可得到1KHZ的声音约0.1s:
停止输出0.1s之后，在连续送出100组高低电平，则可听到“哔，哔”两声。
通过改变频率，控制产生不同的方波，就可以产生不同的音阶。
使用无源蜂鸣器，通过内部程序延时产生不同频率的方波，使蜂鸣器产生八个基本的音阶Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H。
l按键与参数的对照表
按键
音阶
参数
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
图2-1音阶参数对应图
2.4、总体设计：
设计总体框架图如图2-1所示。
图2-2总体框架图
三、硬件设计
3.1、最小系统
3.1.1、时钟信号的产生
89C52芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。
反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图3-1所示。
图3-1晶振电路
3.1.2、复位电路
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图3-2所示。
图3-2复位电路
3.2、数码管显示模块
3.2.1、数码管引脚图
图3-3四位八段共阴极数码管
3.2.2、数码管连线电路
本设计中是用P1口低四位接1k的电阻控制数码管的位选，用P0口接1k的上拉排阻控制数码管的段选。
连线电路图：
图3-4数码管连线电路图
3.3、矩阵键盘
本设计采用八位独立按键，通过P2口控制，按键序号及接线图如下图所示：
图3-5独立键盘连线电路图
3.4、蜂鸣器电路
本课程设计使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器，通过程序控制产生不同频率的方波送给蜂鸣器，驱动蜂鸣器蜂鸣器发出相应频率的声音，驱动电路如下图所示：
图3-6蜂鸣器连线电路图
3.5、整体电路
图3-7整体电路图
图3-8PCB电路图
四、程序流程图
程序流程图如4-1所示
图4-1程序流程图
五、系统仿真与调试
5.1、仿真软件简介
本次设计使用ProteusISIS仿真软件进行调试。
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路设计、分析与仿真软件，功能极其强大。
该软件的主要特点是：
①集原理图设计、仿真分析（ISIS）和印刷电路板设计（ARES）于一身。
可以完成从绘制原理图、仿真分析到生成印刷电路板图的整个硬件开发过程。
②提供几千种电子元件（分立元件和集成电路、模拟和数字电路）的电路符号、仿真模型和外形封装。
③支持大多数单片机系统以及各种外围芯片（RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等）的仿真。
④提供各种虚拟仪器，如各种测量仪表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
过去需要昂贵的电子仪器设备、繁多的电子元件才能完成的电子电路、单片机等实验，
5.2、调试与仿真过程图
图5-1仿真调试图
5.3、实物图
按键模块
复位
模块
蜂鸣器模块
图5-2实物图
图5-4实物调试图
5.4、使用说明
按键分布图
图5-5按键分布
按下0号键，蜂鸣器发出Do的音阶，第一位数码管显示0；
按下1号键，蜂鸣器发出Re的音阶，第二位数码管显示1；
按下2号键，蜂鸣器发出Mi的音阶，第三位数码管显示2；
按下3号键，蜂鸣器发出Fa的音阶，第四位数码管显示3；
按下4号键，蜂鸣器发出So的音阶，第一位数码管显示4；
按按下5号键，蜂鸣器发出La的音阶，第二位数码管显示5；
按下6号键，蜂鸣器发出Si的音阶，第三位数码管显示6；
按下7号键，蜂鸣器发出Do-H的音阶，第一位数码管显示7；
六、总结、心得体会
在这次课程设计中，由刚开始时的手足无措不知从何下手，到过程中电路设计，程序编写，调试模拟，腐蚀电路板，做出实物，实物调试。
一步一步收获了很多。
刚开始的几天，面对要把课本上的单片机做出实物，并且实现一定的功能就让动手实践能力不佳的我很犯难。
尤其是在选择课题上，怕选的太难实现不了功能，选的太简单没有挑战性，但是最终还是选择了简易电子琴这个设计课题。
选定课题后，第一步各种查资料，查音阶的产生原理，数码管的引脚分布，蜂鸣器的发声原理等等。
画电路板找元件到生成PCB板，调节各个元件的位置，选择封装形式，处理飞线等等。
最开始PCB的图就做了三次，选错封装，飞线太多，一步一步慢慢学着让自己的板子看起来更合理。
收获了很多但是最后还是由于粗心忘记加电源和底线的孔。
程序的编写可能是这次课设中对我来说最具挑战性的环节了，程序的编写不但需要一定的c语言的基础还需要把单片机的各种功能和引脚知识结合起来，程序的编写刚开始是错误加警告满篇，查资料问同学，一步一步改。
先是模仿书上的程序调试，然后是查资料。
把课设的功能分为好几个模块，一个模块一个模块的通过编程实现，然后相互加在一起通过一定的逻辑实现了最后的功能。
当然调试中，也遇到了很多的麻烦，按键不能起到控制作用，数码管亮度太低，引脚底座被焊坏，用万用表一条条的查线路，查引脚，按键，直到最后功能的全部实现。
这次课设真的让我收获很多，从硬件到软件，没有经验欠缺很多知识，虽然这个简易电子琴真的不难，但是从设计构想到实物的功能实现，还是花费了不少心血。
做设计不但要有丰厚的知识做后盾，还要细心耐心，有很好的动手能力，才能取得最后成功。
而我在这些方面还差的很多，这次课设在让我锻炼和收获的同时，也让我明白了自己还有很多的东西要学要做。
最后感谢课设过程中给予我帮助的老师和同学。
七、参考文献
【1】李朝青《单片机原理及接口技术》北京航天大学出版社
【2】杨长兴《C++程序设计》中国铁道出版社
【3】张义和《例说51单片机》人民邮电出版社
附录
/*-----------------
简易电子琴
时间：
2013.12.31
------------------*/
#include<
reg51.h>
//
#defineDuanxuanP0
#defineWeixuanP1
#defineSW_PortP2
sbitbuzzer=P3^5;
unsignedcharkeys;
/*声明音阶数组DoReMiFaSolaSiDo_H*/
unsignedcharcodetone[8]={115,102,91,86,77,68,61,57};
unsignedchar
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