精品基于单片机的简易电子琴设计40C语言编程41单片机毕业论文报告Word文档下载推荐.docx

1、4.2.2 程序框图 244.2.3源程序： 255 结束语 32致 谢 33参考文献 341 引 言单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图，主要芯片，

2、各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。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弄正确即可。2 原理图图2-1 电子琴电路图2.1 系统板硬件连线 系统板硬件连线如图2-1所示，发生模块，键盘模块，及LED显示模块连接如下1.把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上；2.把“单片机系统“区域中的P3.0P3.7端口用8芯排

3、线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1C4R1R4端口上；3.把“单片机系统”区域中的P0.0AD0P0.7AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个a-system programmable）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ISP Flash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（引脚图如图3-1所示），4k Bytes

4、Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入输出（IO）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。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3-1 管脚图3.1.1 主要功能特性 兼容MCS-

5、51指令系统 32个双向IO口 2个16位可编程定时计数器 全双工UART串行中断口线 2个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（WDT）电路 灵活的ISP字节和分页编程 4k可反复擦写ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作电压 时钟频率0-33MHz 128x8bit内部RAM 低功耗空闲和省电模式 3级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针3.1.2 引脚功能VCC（40）：5V；GND（20）：接地；P0口（3932）：P0口为8位漏极开路双向IO口，每引脚可吸收8个TTL门电流；P1口（18）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收和输出4

6、个TTL门电流；P2口（2128）：P2口为内部上拉电阻器的8位双向IO口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流；P3口（1017）：P3口是8个带内部上拉电阻器的双向IO口，可接收和输出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口；RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间；ALEPROG（30）：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低位字节，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16，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当

7、访问外部数据存储器时，将跳过1个ALE脉冲；PSEN（29）：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2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的PSEN信号将不出现；EAVPP（31）：当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000HFFFFH）不管是否有内部程序存储器。FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）；XTAL1（19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出；3.2 LM386LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐

8、波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386内部与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压

9、，可以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。3.2.1 LM386的引脚图图3-3 LM386的外形和引脚的排列LM386的外形和引脚的排列如图3-3所示。引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。3.2.2 音频放大器电路图2.3 音频放大器电路3.3 L

10、ED数码管图3-4 7段数码管数码管（如图3-4所示）使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。数码管使用注意事项说明：（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（2）焊接温度：度；焊接时间：（3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。4 模块原理 4.1 4X4行列式键盘识别及显示组成键盘的按键有机械式、电容式、导电橡胶式、薄膜式多种，但不管什么形式，其作用

11、都是一个使电路接通与断开的开关。目前微机系统中使用的键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型。编码键盘：键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路。不仅能自动检测被按下的键，并完成去抖动、防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码）送往CPU。所以，编码键盘接口简单、使用方便。但由于硬件电路较复杂，因而价格较贵。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。目前微机系统中，一般为了降低成本大多数采用非编码键盘。用AT89S51的并行口P1接44矩阵键盘，以P1.0P1.3作输入线，以P1.4P

12、1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0F”序号。4.1.1 系统板上硬件连线设计键盘模块硬件连线如图4-1所示：图4-1 键盘模块连线图（1）把“单片机系统“区域中的P3.0P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1C4R1R4端口上；（2）把“单片机系统”区域中的P0.0AD0P0.7AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个a（void）while（1）for（dispcount=0;dispcount0;i-）for（j=200;jj-）;switch（temp）case 0x0e:key=7;break;case 0x0d:key=8;ca

13、se 0x0b:key=9;case 0x07:key=10;P1_0=P1_0;P0=tablekey;while（temp!P3_5=0;key=4;key=5;key=6;key=11;P3_6=0;key=1;key=2;key=3;key=12;P3_7=0;key=0;key=13;key=14;key=15;4.2 音乐产生的方法4.2.1 原理若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51的内部定时器使其

14、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T15231912s，因此只要令计数器计时956s1s956，每计数956次时将IO反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式（如式4-1所示）是：Nfi2fr 4-1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：T65536N65536fifr例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。单片机12MH

15、Z晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如表4-2所示表4-2 音符频率表音符频率（HZ）简谱码（T值）低1DO26263628# 4 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI9886503037064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#11096508541564331高 2 RE117565110低 6 LA44064

16、400# 2 RE#12456513446664463高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO5236458014806519855464633高 5 SO156865217中 2 RE5876468416616523562264732高 6 LA176065252中 3 M65964777186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283我们要为这个音符建立一个表格，单片机通过查表的方式来获得相应的数据低音019之间，中音在2039之间，高音在4059之间DW 0 音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）（如表4-

17、3所示）表4-3 曲调值表曲调值DELAY调44125ms62ms调34187ms94ms调24250ms对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时计数器来完成。下面用AT89S51单片机产生“生日快乐”歌来说明单片机如何产生的。在这个程序中用到了两个定时计数器来完成的。其中T0用来产生音符频率，T1用来产生音拍。4.2.2 程序框图音乐发声程序框图如图4-5所示:图4-5 音乐发声程序框图unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned char STH0;unsigned char STL0;TMOD=0x01;ET0=1;EA=1;STH0=tabkey256;STL0=tabkey%6;TR0=1; TR0=0;S