电子琴控制系统设计单片机课程设计报告.docx
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电子琴控制系统设计单片机课程设计报告
基于ADuC848嵌入式系统的电子琴控制系统设计
课程设计
学院：
专业：
年级:
指导老师：
学生姓名：
日期：
目录
电子琴控制器功能描述：
3
设计任务:
3
电路连接图:
4
（一）定时／计数器的工作方式及控制字4
1．工作方式05
2．工作方式15
3：
工作方式25
4．工作方式35
系统软件流程图:
6
总结19
电子琴控制器功能描述：
设计一简易电子琴，要求能够发出1，2，3，4，5，6，7等7个音符，具有一般演奏功能。
主要功能如下:
1）具有一般演奏功能，利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一个音调的声音
2）具有自动播放已存曲目功能
3）显示当前正在播放的歌曲的名称和歌词
4）显示北京时间
设计任务:
本设计以ADuC848单片机为核心,声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线不断的输出“高”“低”电平，则在该口线上就能产生一定频率的方波，将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出波形的频率，从而改变音调。
乐曲中，每一音符对应着确定的频率，如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音。
本系统就是根据此原理设计，对于ADuC848单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时间再输出低电平，如此循环的输出就会产生一定频率的方波，通过改变延时的时间就可以改变输出方波的频率，而单片机延时主要有两种方法：
第一种方法是使用循环语句来实现延时，让单片机循环的执行某条指令然后根据单片机每条指令运行的时间以及循环的次数来计算延时时间。
第二种方法是使用单片机的定时／计数器延时。
ADuC848单片机内部有两个16位的定时／计数器T0和T1，单片机的定时／计数器实际上是个计数装置它既可以对单片机的内部晶振驱动时钟计数也可以对外部输入的脉冲计数，对内部晶振计数时称为定时器，对外部时钟计数时称为计数器。
当对单片机的内部晶振驱动时钟计数时，每个机器周期定时／计数器的计数值就加1，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU；对外部输入的时钟信号计数时，外部时钟的每个时钟上升沿定时／计数器的计数值就加1，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU。
因此，如果知道单片机的机器周期或者外部输入时钟信号的周期，单片机就可以根据定时器的计数值计算出定时的时间。
用此方法定时十分准确，想得到多大的延时时间就可以给定时器赋一定的计数初值，定时器从预先设置的计数初值开始不断增1当增加到计数最大值时计数完毕，调整计数初值的大小就可以调整定时器定时的时间，从而达到准确的延时。
本系统中就采用第二种方法通过定时/计数器延时。
电路连接图:
（一）定时／计数器的工作方式及控制字
特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定时器的方式控制寄存器。
图2为TMOD寄存器的内部结构，图3为TCON寄存器的内部结构。
TMOD和TCON是寄存器的名称，我们在写程序时就可以直接用这个名称来指定它们，当然也可以直接用它们的地址89H和88H来指定它们。
用于T1
用于T0
GATE
C/T
M1
M0
GATE
C/T
M1
M0
图2TMON
用于定时/计数器
用于中断
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
图3TCON
单片机定时／计数器有四种工作方式，方式0、方式1、方式2、方式3，除方式3外，T0和T1有完全相同的工作状态
1．工作方式0
定时器，计数器的工作方式O称之为13位定时／计数方式。
它由TL（1／0）的低5位和TH（0/1）的8位构成13位的计数器，此时TL（1／0）的高3位未用。
对于定时器的工作模式可以根据定时器的寄存器TMOD来设置：
①M1M0：
定时／计数器共有四种工作方式，就是用M1M0来控制的，2位正好是四种组合。
②C／T：
定时／计数器即可作定时用也可用计数用，如果C/T为O就是用作定时器（开关往上打），如果C／T为1就是用作计数器（开关往下打）。
一个定时／计数器同一时刻要么作定时用，要么作计数用，不能同时用的。
③GATE：
当我们选择了定时或计数工作方式后，定时／计数脉冲却不一定能到达计数器端，中间还有一个开关，显然这个开关不合上，计数脉冲就没法过去，那么开关什么时候过去呢?
有两种情况
GATE=0，分析一下逻辑，GATE非后是1，进入或门，或门总是输出1，和或门的另一个输入端INT1无关，在这种情况下，开关的打开、合上只取决于TR1，只要TR1是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果TR1等于0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时／计数是否工作，只取决于TR1。
GATE=1，在此种情况下，计数脉冲通路上的开关不仅要由TR1来控制，而且还要受到INT1引脚的控制，只有TRl为1，且INT1引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲才得以通过。
这个特性可以用来测量一个信号的高电平的宽度。
2．工作方式1
工作方式1是16位的定时／计数方式，将M1M0设为01即可，其它特性与工作方式0相同。
3：
工作方式2
8位自动装入时间常数方式。
由TL1构成8位计数器，TH1仅用来存放时间常数。
看图5所示，每当计数溢出，就会打开T（0/1）的高、低8位之间的开关，计预置数进入低8位。
这是由硬件自动完成的，不需要由人工干预。
通常这种式作方式用于波特率发生器，用于这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。
计数溢出后不需要做事情，要做的仅仅只有一件，就是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不要任何延迟，可见这个任务用工作方式2来完成是最妙不过了。
4．工作方式3
2个8位的计数器，只适合于定时器0。
这种式作方式之下，定时／计数器0被拆成2个独立的定时／计数器来用。
其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，而THO则只能作为定时器来用。
我们知道作定时、计数器来用需要控制位TR0，计满后溢出需要有溢出标记TF0。
T0被分成两个来用，那就要两套控制及溢出标记，TLO还是用原来的T0的标记，而TH0则借用T1的标记。
如此T1就无标记、控制可用因此一般只有在T1以工作方式2运行（当波特率发生器用）时，才让T0工作于方式3的。
音符和音拍与单片机定时器/计数器T0的对应关系：
音乐的音符:
利用单片机的定时器/计数器T0产生不同频率的方波信号，设单片机的晶振频率为12MHz，则高、中、低音符于单片机定时器/计数器T0的数值对应关系如下表所示：
音符
频率（Hz）
数值
音符
频率（Hz）
数值
音符
频率（Hz）
数值
低1DO
262
63628
中1DO
523
64580
高1DO
1046
65058
#1DO#
277
63731
#1DO#
554
64663
#1DO#
1109
65085
低2RE
294
63835
中2ER
587
64684
高2RE
1175
65110
#2RE#
311
63928
#2ER#
622
64732
#2RE#
1245
65134
低3M
330
64021
中3M
659
64777
高3M
1318
65157
低4FA
349
64103
中4FA
698
64820
高4FA
1397
65178
#4FA#
370
64185
#4FA#
740
64860
#4FA#
1480
65198
低5SO
392
64260
中5SO
784
64898
高5SO
1568
65217
#5SO#
415
64331
#5SO#
831
64934
#5SO#
1661
65235
低6LA
440
64400
低6LA
880
64968
高6LA
1760
65252
#6LA#
466
64463
#6LA#
932
64994
#6LA#
1865
65268
低7SI
494
64524
中7SI
988
65030
高7SI
1967
65283
音乐的节拍
利用单片机的定时器/计数器T1的延时功能还可以产生音乐不同的节拍，以C调为例，音拍与延时的对应关系如下表：
音拍
延时时间
调4/4
125
调3/4
187
调2/4
250
系统软件流程图:
系统设计输入：
本实验采用c语言，其主程序如下
#include
#include
#include"test.h"
#include"musicode.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitBeep=P2^6;//P2.6外接扬声器
ucharkey,n;
unsignedcharc[7],b[7];
unsignedchara[7]={55,53,16};//秒分时
ucharcodeSegTable[11]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,0xff};
ucharcodefretab[]={0x00,0x30,0x2b,0x26,0x24,0x20,0x1c,0x19,0x18};//频率表
voidkeydelayms（uintt）
{
uinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<110;j++）;
}
unsignedcharGetKey（）//行扫描信号为P1.0～P1.3，列扫描信号为P2.0～2.3
{
unsignedchartemp;
P1&=0xf0;//P1的低四位置零
P2&=0xf0;
temp=P1&0x0f;//temp的高四位为零，低四位与P1相同
if（temp!
=0x0f）//temp的低四位置1，即P1的低四位全为1时开始执行下面程序
{
keydelayms（10）;//延时消抖
if（temp==（P1&0x0f））//再次确认是否有键按
{
P2|=0x0e;//位或，之后值赋予P2,此时P2.0有效即扫描第一列的键盘
switch（P1&0x0f）//位与
{
case0x0e:
return1;//P1=00001110，即P1.0=0，为低电平有效，
case0x0d:
return2;//P1=00001101，即P1.1=0
case0x0b:
return3;
case0x07:
return4;
case0x0f:
break;
default:
return0x80;
}
P2&=0xf0;//P2的低四位置零
P2|=0x0d;//P2.1有效，即扫描第二列的键盘
switch（P1&0x0f）//P1的高四位置0，低四位不变
{
case0x0e:
return5;//P1=00001110，
case0x0d:
return6;
case0x0b:
return7;
case0x07:
return8;
case0x0f:
break;
default:
return0x80;
}
P2&=0xf0;
P2|=0x0b;//P2.2有效，即扫描第三列的键盘
switch（P1&0x0f）
{
case0x0e:
return9;
case0x0d:
return10;
case0x0b:
return11;
case0x07:
return12;
case0x0f:
break;
default:
return0x80;
}
P2&=0xf0;
P2|=0x07;//P2.3有效，即扫描第四列的键盘
switch（P1&0x0f）
{
case0x0e:
return13;
case0x0d:
return14;
case0x0b:
return15;
case0x07:
return0;
case0x0f:
break;
default:
return0x80;
}
}
}
return0x55;
}
voidfredelay（uchart）
{
uchari=3*t;
while（--i）;
}
voiddelayms（unsignedchara）//豪秒延时子程序
{
while（--a）;
}
voidmain（）
{
unsignedcharp,m;
unsignedinti=0;
unsignedchar*sound;
TMOD&=0x0f;
TMOD|=0x01;//模式控制寄存器tmod=0000000116位定时器工作在方式1
TH0=0xd0;
TL0=0xef;
IE=0x82;//IE=10000010开定时器0中断
while
（1）
{
start:
n=0x40;//发声的时间,大概600多ms
Beep=0;//关蜂鸣器（Beep是一个产生方波频率的信号）
key=GetKey（）;
P0=SegTable[key];
if（key<9）
{
m=fretab[key];
key=10;//防止重复发声
TR0=1;//启动定时器0
while（n!
=0）
{
Beep=~Beep;//Beep=1,开启蜂鸣器
fredelay（m）;//延时程序，产生方波
}
TR0=0;
gotostart;
}
Beep=0;
switch（key）
{
case9:
sound=oldboy;break;
case10:
sound=songbie;break;
case11:
sound=bygh;break;
case13:
gotoclock;break;
default:
gotostart;break;
}
while
（1）
{
a:
p=sound[i];
if（p==0x00）//如果碰到结束符,延时1秒,回到开始再来一遍
{
i=0;
delayms（1000）;
gotostart;
}
elseif（p==0xff）//若碰到休止符,延时100ms,继续取下一音符
{
i=i+1;
delayms（100）,TR0=0;
gotoa;
}
else
{
m=sound[i++],n=sound[i++];//取频率常数和节拍常数
}
TR0=1;
while（n!
=0）Beep=!
Beep,fredelay（m）;//等待节拍完成,通过P2口输出音频
TR0=0;
}
clock:
PLLCON&=0xf8;//设置频率为12.58MHz
CFG848|=0x01;//使用片内xram
I2CCON=0xE8;
SetTime（a）;
SwitchRTC
（1）;
while
（1）
{
ReadTime（b）;
c[0]=b[0]%10;
c[1]=b[0]/10;
c[2]=22;
c[3]=b[1]%10;
c[4]=b[1]/10;
c[5]=22;
c[6]=b[2]%10;
c[7]=b[2]/10;
saomiao（10,c[0],c[1],c[2],c[3],c[4],c[5],c[6],c[7]）;
}
}
}
voidt0（）interrupt1//采用中断0控制节拍
{
TH0=0xd0;
TL0=0xef;
n--;
}
乐曲程序musicode:
unsignedcharcodeoldboy[]={
/*1*/
0x20,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x20,0x20,0x20,
0x20,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x24,0x20,
0x26,0x20,0x1c,0x20,0x19,0x20,0x18,0x10,
0x19,0x10,0x20,0x30,0x01,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x2b,0x20,
0x26,0x20,0x20,0x20,0x01,0x20,0x20,0x20,
0x24,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x10,
0x2b,0x60,
/*2*/
0x20,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x20,0x20,0x20,
0x20,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x24,0x20,
0x26,0x20,0x1c,0x20,0x19,0x20,0x18,0x10,
0x19,0x10,0x20,0x30,0x01,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x2b,0x20,
0x26,0x20,0x20,0x20,0x01,0x20,0x20,0x20,
0x24,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x10,
0x2b,0x60,
//1176711237755
0x30,0x40,0x18,0x20,0x19,0x20,0x1c,0x20,0x19,0x10,
0x18,0x10,0x18,0x20,0x2b,0x20,0x13,0x20,0x19,0x20,
0x19,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
//63221117
0x1c,0x20,0x13,0x10,0x15,0x10,0x15,0x20,0x18,0x20,
0x18,0x40,0x18,0x20,0x19,0x20,
//6711237755
0x1c,0x20,0x19,0x10,0x18,0x10,0x18,0x20,0x15,0x20,
0x13,0x20,0x19,0x20,0x19,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
//632211
0x1c,0x20,0x13,0x10,0x15,0x10,0x15,0x20,0x18,0x20,
0x18,0x60,
//00000
0x01,0x40,0x01,0x40,0x01,0x40,0x01,0x40,0x01,0x60,
//1155555577755
0x18,0x10,0x18,0x10,0x10,0x20,0x10,0x10,0x10,0x10,
0x10,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x19,0x10,0x19,0x10,
0x19,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
//55556511112
0x10,0x20,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x20,0x0e,0x20,
0x10,0x20,0x18,0x10,0x18,0x10,0x18,0x20,0x18,0x10,
0x15,0x10,
//3244332443
0x13,0x20,0x15,0x10,0x12,0x10,0x12,0x20,0x13,0x20,
0x13,0x20,0x15,0x10,0x12,0x10,0x12,0x20,0x13,0x20,
//32443
0x13,0x20,0x15,0x10,0x12,0x10,0x12,0x20,0x13,0x20,
//5511
0x10,0x40,0x10,0x20,0x18,0x10,0x18,0x10,
//55555577755
0x10,0x20,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x20,0x10,0x20,
0x10,0x20,0x19,0x10,0x19,0x10,0x19,0x20,0x20,0x10,
0x20,0x10,
//55556511112
0x10,0x20,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x20,0x0e,0x20,
0x10,0x20,0x18,0x10,0x18,0x10,0x18,0x20,0x18,0x10,
0x15,0x10,
//3244332171
0x13,0x20,0x15,0x10,0x12,0x10,0x12,0x20,0x13,0x20,
0x13,0x20,0x15,0x10,0x18,0x10,0x18,0x20,0x19,0x10,
0x18,0x60,
0x01,0x40,0x01,0x40,
//第二次
/*3*/
0x20,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,0x20,0x20,0x20,0x20,
0x20,0x20,0x1c,0x20,0x20,0x20,0x24,0x20,
0x26,0x20,0x1c,0x20,0x19,0x20,0x18,0x10,
0x19,0x10,0x20,0x30,0x01,0x20,0x20,0x10,0x20,0x10,
0x1c,0x20,0x30,0x20,0x30,0x20,0x2b,0x20,
0x26,0x20,0x20,0x20,0x01,0x20,0x20,0x20,
0x24,0x20,0x20,0x20,0x26,0x10,0x2b,0x20,0x30,0x10,
0x2b,0x60,
/*4*/
0x20,0x2
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