基于8155的8led简易电子琴设计proteus80文档格式.docx

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设计题目

基于8155的8LED显示简易电子琴设计

任务要求

●使用LED/LCD显示器来显示音阶输入的相关信息；

●当按下键盘组相对按键，压电喇叭会发出相对音阶单音，共有2个8度音阶；

●所有单音会存入8951内而保存起来；

●至多可以输入64个单音，可以一起演奏出来；

●演奏时可以按键中断；

●可以实时显示目前正演奏的单音码。

实验设备及软件

一台装有proteus7.7、及Keil的PC

同组人员学号及姓名

参考文献

《Proteus入门教程》[第二版]周润景、蔡雨恬[著]

《单片机原理及应用》张毅刚、彭喜元、彭宇[著]

《单片机的C语言应用程序设计》马忠梅[著]

一、本系统的目的

本系统设计制作一个可演奏的电子琴。

综合应用了两项设计。

（1）键盘矩阵识别，通过按键控制播放15个音阶并显示。

（2）通过控制开关完成事先写入歌曲的播放。

二、主要芯片简介

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

8155是常用的扩展单片机IO资源的芯片，8155原理是只利用单片机的一个并行口来扩展出几个并口，使得单片机可以接入更多的设备

三、系统组成

本系统只要以51单片机为主控核心，8155IO外扩、与矩阵键盘、扬声器、LED显示管模块一起组合而成。

具体如下：

四、系统工作原理

本系统扫描键盘矩阵、显示当前状态及音阶、扬声器发出对应音符或音乐。

4X4行列式非编码键盘：

键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。

有关按键的识别、键码的确定与输入、去抖动等功能均由软件完成。

行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。

键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。

用8155H的PB和PC口接4×

4矩阵键盘，以PB0-PB4作输入线，以PC0-PC4作输出线

五、硬件总体设计

本系统由键盘矩阵、LED显示管、扬声器这几个部分组成，LED显示管显示当前按键，扬声器发出对应音符。

硬件总体设计图如下：

●具体元件使用

8LED数码管

矩阵键盘

自动播放开关和扬声器

用于稳定点位的上拉电阻

六、关于音频与计数初值的选择

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定时/计数器T0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正确即可。

利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

计数脉冲值与频率的关系式是N＝fi÷

2÷

fr

式中，N是计数值；

fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；

fr是想要产生的频率。

其计数初值T的求法如下：

T＝65536－N＝65536－fi÷

例如：

设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。

T＝65536－N＝65536－fi÷

fr＝65536－1000000÷

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

具体的音频对照表：

注：

本系统值采用了期中15个音阶（如键盘图示），半音不在考虑之内。

七、系统操作说明 

（1）Keil下编译，产生目标HEX文件，Proteus下ProgrammeFiles选择产生的HEX文件，点击运行开始模拟。

（2）开启本系统SW开关闭合，数码管显示“PLAY”，播放两只蝴蝶的乐曲。

（3）断开开关，按任意键盘，数码管显示所按的音阶，扬声器发出相应的音符。

（4）程序流程图：

八、单片机程序代码

见附件（8155电子琴c语言代码）

九、运行结果

十、设计总结

通过这次课程设计，充分将之前在51单片机课上学到的知识得以运用，也掌握了一些课本之外的东西，例如基于c语言的单片机程序开发。

经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放对应的音符。

但由于仿真系统原因，本设计音频效果不是很好。

不足之处有：

1.可弹奏的音符数较少，只能在一定范围内满足用户需要。

可通过改进键盘识别模块和发生模块来增加其复杂度2.音量不可调。

我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。

在硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作.在软件方面，基本掌握了Proteus绘制原理图的方法，并设计了一个单片机最小系统,对C语言在单片机开发上的应用也有了充分的体会。

加深了对所学理论知识的理。

设计成绩评定

评分内容

具体要求

总分

评分

上机时间

上机时间是否达到要求的学时，按照实际情况给与一定的成绩。

10分

报告审阅结果

报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，不与别人雷同。

30分

验收结果

原理

原理清楚，能较好地理解课题任务并提出实施方案。

20分

完成情况

独立完成规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理，有一定的创新。

操作

能熟练操作相关工具软件，并利用工具软件完成设计任务。

总成绩（五分制）

100分

指导教师评阅意见