简易8按键电子琴设计实验Word文件下载.docx
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S5
中音so
77
S6
中音la
68
S7
中音xi
61
S8
高音do
57
2.方案设计
（1）方案一：
采用CPLD外接扬声器、键盘、数码管等。
8个译码输出显示的数码管，以显示目标芯片的32位输出信号，且8个发光管也能显示目标器件的8位输出信号。
时钟为50MHz，输出接扬声器。
具体过程：
主系统可由两个模块组成：
当系统检测到有按键按下时，对应音符的频率由模块1获得，这是一个数控分频器。
由其clk端输入一具有较高频率的信号，分频后输出。
音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数决定，模块2的功能是为模块1提供决定所发音的分频预置值，而此数在模块1输入口停留的时间即为此音符的节拍值。
（2）方案二：
采用单片机外接扬声器、键盘、数码管等。
当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。
如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。
3.方案选择
对比两套方案各有优缺点，方案一采用CPLD，工作速度快，系统稳定，效果好，但是其价格昂贵；
而方案二在设计这样小型电子系统方面，无论是效果还是工作速度与方案一都相差不大，而且价格较为便宜。
因此，选择方案二即单片机加外设的方式设计该系统较好。
系统硬件设计
根据设计题目要求，该系统需要涉及如下几个方面：
（1）电源部分
（2）单片机部分
（3）音频功放部分
（4）扬声器、键盘及LED指示灯部分
1.电源部分设计
由于本系统构造简单，不宜使用自制或者购买的5v稳压电源，采用三节5号电池供电即可。
2.单片机部分设计
根据本系统的特点，采用AT89C51单片机即可完成全部功能。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51单片机引脚图见下图：
（1）主要特性
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
（2）管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
（3）振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
（4）芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.音频功放部分设计
音频功放部分可用一片LM386来对信号进行放大在输入扬声器发声。
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少，电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。
输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
下图为LM386芯片引脚图：
4.其他部分设计
由该系统特点及设计要求可知，LED、外扩键盘及扬声器用手边能找到的型号即可。
电路原理设计
1.系统原理框图
AT89C51
键盘输入
LED指示灯输出
音频信号输出
2.电路原理图
该系统硬件单路由AT89C51单片机、键盘电路、LM386音频功放电路、扩展电路及扬声器发生组组成。
具体原理图如下：
驱动程序设计
该系统驱动程序由主程序，发声程序以及延时程序构成。
1.程序：
/*panio.c-电子琴设计*/
#include<
reg51.h.>
//包含reg51.h文件
Sbitspeaker=P3^0;
//声明喇叭位置
Sbitled=P1;
//声明指示灯位置
Unsigned
char
keys;
//声明变量
/*声明音阶数组--Do
Re
Mi
Fa
So
La
Si
Do#*/
unsignedcharfreq[]={108,102,91,86,77,68,61,57};
voidsound（unsignedchar）;
//声明发声函数
voiddelay（unsignedchar）;
//声明延迟函数
//===================主程序=======================//
main（）
//主程序开始
{P2=0xff;
//将P2规划成输入口
while
（1）
//while循环
{
keys=~P2;
//读取按钮
switch（keys）
//判断
{case0x01:
sound（0）;
led=0x01;
break;
//按下S1,发Do音,同时对应指示灯亮
case0x02:
sound
（1）;
led=0x02;
//按下S2，发Re音，同时对应指示灯亮
case0x04:
sound
（2）;
led=0x04;
//按下S3，发Mi音，同时对应指示灯亮
case0x08:
sound（3）;
led=0x08;
//按下S4，发Fa音，同时对应指示灯亮
case0x10:
sound（4）;
led=0x10;
//按下S5，发So音，同时对应指示灯亮
case0x20:
sound（5）;
led=0x20;
//按下S6，发La音，同时对应指示亮
case0x40:
sound（6）;
led=0x40;
//按下S7，发Si音，同时对应指示灯亮
case0x80:
sound（7）;
led=0x80;
//按下S8，发Do音，同时对应指示灯亮
}
Led=0x00;
/按键结束，指示灯灭
}
//while循环结束
//主程序结束
//=================发声函数===================//
voidsound（unsignedcharx）
//发声函数开始
{chari;
//声明变量
for（i=0;
i<
60;
i++）
//执行60次
speaker=1;
//输出高电平
delay（freq[x]）;
//延迟
speak=0;
//输出低电平
//延迟
//结束一个音
//结束
//==============延时函数==================//
voiddelay（unsignedcharx）
//延迟函数开始
{unsigned
chari,j;
120;
//外循环
for（j=0;
j<
j++）;
//内循环
2.程序框图
实验总结
1.该系统实现的功能
根据功能需求与电路结构得知，当按钮开关ON时，将可有其连接的输入口读取到低电平，再次制作的一个八键的电子琴，若按S1，则发出中音DO,如按S2,则发中Re……依次类推。
2.实验心得体会
本周单片机原理及应用技术的课程设计，我通过查找资料，设计了简单的电子琴，这个电子琴有八个按键，按下不同的按键可以发出七个不同的音符。
在次过程中，应用PROTEL软件画出相应的原理图，应用KEIL软件编译程序输入PROTEUS仿真软件进行了电路仿真。
在这一系列程序中，了解了产品制作过程，掌握了PROTEL软件KEIL软件PROTEUS仿真软件的应用，还有对单片机工作原理的掌握。
受益匪浅。
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