简易电子琴.docx

1、简易电子琴单片机与接口技术课程设计报告课题名称简易电子琴学院2222专业11111班级.姓名学号2222222时间22222 1目 录概述1课程设计概述32 课题设计的任务与主要内容3.3单片机89C51的简介.34 系统组成.54.1系统工程原理.55系统硬件设计65.1系统硬件总体设计.65.2子系统1.65.3子系统276系统软件设计8 6.1系统软件总体设计.8. 6.2子系统186.3子系统2.96.4系统操作说明10程序.117参考文献.1221摘要 课程设计概述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

2、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。随着社会的发展进步，人们的生活水平也逐步提高，音乐已经成为了我们生活中很重要的一部分，在工作和学习之余，欣赏音乐不仅使身心得到放松，同时也提高人们的精神品质和个人素养。当代，爱好音乐的年轻人越来越多，也有不少人自己练习弹奏乐器，作为业余爱好和一种放松的手段，鉴于一些乐器学习难度大需花费太多精力，且其价格太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃这种想法，而电子琴又是一种新型的键盘乐器，它是现代电子科技与音乐结合的产物，价格相对便宜，能够满足一般爱好者的需求，因此，在现代音

3、乐中扮演着重要的角色。 故简易电子琴的研制具有一定的社会意义。2 课题设计的任务与主要内容本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简单的电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。定时器按设置的定时参数产生中断，由于定时参数不同，就会发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。本系统设计制作一个可演奏的电子琴。综合应用了项设计。（1）利用所给键盘的键能够在扬声器发出8个不同的音符。（2）不同频率音符播放。可以通过按键控制16种发音。（3）使用LED数码管显示8个不同的音符。 3

4、单片机89C51的简介AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-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，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随 3机存取数据存储器（RAM），32个

5、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。 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。该系列单片机引脚与封装如下图所示：图1主要引脚功能： 1、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

6、电平时间；2、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； 3、XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出；4.P1口（18）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流；5. /:当保持低电平时，单片机只访问外部程序存储器。为高电平时，单片机只访问内部程序存储器。 4 4 系统组成本系统只要以51单片机为主控核心，与矩阵键盘、扬声器、LED显示管模块一起组合而成。具体如下：图24.1 系统工作原理本系统扫描键盘矩阵、显示按键、扬声器发出对应音符。4X4行列式键盘识别及显示原理如下：组成键盘的按键有机械式、电容式、导电橡胶式、

7、薄膜式多种，但不管什么形式，其作用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。 键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键

8、码产生4个基本功能。 （1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关，一般为520mm。所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。去抖问题可通过软件延时或硬件电路解决。 （2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。 （3）被按键识别：如何识别被按

9、键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方 5法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。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。线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。 （4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码。用AT89S51的并行口P1接44矩阵键盘，以P1.0P1.3作输入线，以P1.4P1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0F”序号。总体电

10、路具体原理如下：图35 系统硬件设计5.1 系统硬件总体设计 6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： 图45.2子系统（模块）一LED显示模块如图2-2所示，利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0P0.7连接到一个七段数码管的ah的笔段上，数码管的公共端接电源。矩阵扫描显示当前按键模块如下：图55.3子系统（模块）二矩阵扫描扬声器发出对应音符模块如下： 7图56 系统软件设计6.1 系统软件总体设计本系统的软件流程图如下：图386.2 子系统一七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管

11、组成，根据各管的极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极型。 LED数码管的ga七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不以发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码。本系统按键显示模块软件流成图图66.3子系统二一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

12、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T1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，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(如式2-1所示)是： N 9fi2fr 2-1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： T65536N65536fi2fr 例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。 T65536N65536fi2fr6553610

13、000002fr65536500000/fr 低音DO的T65536500000/26263627 中音DO的T65536500000/52364580 高音DO的T65536500000/104665059本系统按键发出对应音符模块软件流程图如下：图76.4系统操作说明（1）Keil下编译，产生目标HEX文件，Proteus下Programme Files选择产生的HEX文件，点击运行开始模拟。 10（2）开启本系统，数码管显示“-”。（3）按任意键盘，数码管显示所按下的键盘数，扬声器发出相应的音符。本系统总体代码如下：#include#define uchar unsigned char#

14、define uint unsigned intuchar code DSY_Table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xBF;uint code Tone_Delay_Table=64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178;sbit BEEP=P30;uchar KeyNo;void DelayMS(uchar x)

15、 uchar i; while(x-) for(i=0;i4)0x0F; switch(Tmp) case 1:k+=0;break; case 2:k+=4;break; case 4:k+=8;break; case 8:k+=12;break; default:return; KeyNo=k;void play_Tone() interrupt 1 TH0=Tone_Delay_TableKeyNo/256; TL0=Tone_Delay_TableKeyNo%256; BEEP=BEEP;void main() P0=0xBF; TMOD=0x01; IE=0x82; while(1)

16、 P1=0xF0; if(P1!=0xF0) Keys_Scan(); P0=DSY_TableKeyNo; TR0=1; else TR0=0; DelayMS(2); 七、参考文献1 李群芳，肖看，单片机原理、接口及应用，北京，清华大学出版社，2005年2 戴佳，戴卫恒 ，51单片机C语言应用程序设计实例精讲 ， 电子工业出版社，2005年3 刘海成，单片机及应用系统设计原理与实践，北京，北京航空航天大学出版社，2009年4 楼然苗，李光飞，单片机课程设计指导，北京，北京航空航天大学出版社，2007年5 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉，8051单片机实践与应用，北京，清华大学出版社，2002年6 吴国经，单片机应用技术，北京，中国电力出版社， 2004.年 7高天康音乐知识词典甘肃人民出版社2003.08 12