片机课程设计---电子琴设计.docx

南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 单片机原理及应用A 设 计 课 题 电子琴设计 院（系、部、中心） 自动化学院 专 业 自动化（数控技术） 班 级 数控094 姓 名 周 阳 学 号 203090809 起 止 日 期 2012.1.22012.1.6 指 导 教 师 葛红宇 目 录一、 设计目的及任务1、 设计目的2、 设计任务题目及要求二、 总体方案设计1、 设计任务分析2、 设计方案三、 设计原理1、 程序流程图2、 硬件原理图四、 模块设计1、 键盘扫描模块2、 定时器模块五、 调试过程1、 问题发现与解决六、 设计总结七、参考文献八程序清单一、设计目的及任务1课程设计应达到的目的（1）运用课程等知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，从而加深对本课程知识点的理解，使学生综合应用知识能力、设计能力、调试能力及报告撰写能力等显著提高。（2）了解计算机发声原理， 进一步熟悉定时器编程方法及键盘扫描电路工作原理及编程方法。2课程设计题目及要求（1）、题目电子琴设计（2）、设计要求：利用实验仪上提供的键盘，使数字键1、2、3、4、5、6、7、8、9作为电子琴按键，其中17号键按下后即发出相应的音调。8号键按下后依次发出“1、2、3、4、5、6、7” 音调，9号键按下后依次发出“7、6、5、4、3、2、1” 音调，用8255的PA.0 口发出音频脉冲,驱动喇叭。利用定时器,可以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,就会发出不同的音调.定时器按设置的定时参数产生中断,这一次中断发出脉冲低电平,下一次反转发出脉冲高电平.由于定时参数不同,就发出了不同频率的脉冲. 本实验中按键一次,会发50个脉冲.发完后继续检测键盘，如果键还按下，继续发音。二、总体方案设计 1、设计任务分析本任务的要求是根据不同的数字键被按下后，发出相对应的音调，或者顺序、逆序连续的发出七中音调，不同音调的产生对喇叭发出不同频率的脉冲，而脉冲则是根据定时器中断产生正负脉冲的跳变，这样就形成了脉冲。与此同时，定时时间的长短，及频率的高低，是由定时间的初值决定的。通过以上的析，可以明确，本课题需要涉及到的就是键盘扫描，和定时器。围绕这两个模块，就可以制定出总体的设计方案。2、设计方案通过以上的分析，可以制定出以下的设计方案：（1）、 因为要用到9个按键，可以用4*4的矩阵键盘，对其中的9个按键进行标号，再根据键盘扫描的原理，就可以找出是哪个键被按下。（2）、不同频率的脉冲均通过定时器来产生，定时器的初值不同，计满溢出的频率也是不同的，从而正负电平的跳变的频率也不同，就产生了不停频率的脉冲，所以只需对定时器设置不同德计数初值，便可实现不同频率脉冲的产生。（3）、喇叭发声原理则是：对喇叭驱动电路交替的施加施加低电平，喇叭发声；否则就不发声。把这一原理和定时器中断产生的电平跳变相结合，就可以听到不同频率的音调。三、设计原理 1、程序流程图 根据上述的设计方案，可以用流程图画出本次课程设计的整体思路，在以下的流程图中，包括主程序和各个相关的子程序。 在程序中，首先是进行扫描，找出是哪个键被按下，然后根据相应的键号，采取不同的操作，以此构成循环 本程序中涉及到的子程序模块包括：键盘扫描子程序；定时器中断子程序；顺序连续发出1234567七个音调；连续发出7654321七个音调。 以下分别主程序各个相关的子程序：2、硬件原理图以下是电子琴电路的实际硬件原理图，主要是一个单片机，和一个8255以及一个喇叭组成。是通过8255的PA.0口发出脉冲，来产生不同频率的音调。单片机则是用到一个定时器，来产生定时中断。值得注意的是，由于电路图中是直接用P1口来进行键盘扫描的，则在实验箱上进行实物连接时，一定要把跳线器短接，否则将使键盘扫描不能正常工作。在连线时，不能使用已损坏的导线，并且把多余的导线放到一边，一面影响正常的工作。四模块设计1键盘扫描模块 通过键盘扫描的流程图可以清晰的知道其工作原理，可将其归纳为：先将P1的高四位置1，低四位置0，在读P1口的值，若读到的值得高四位不是全1，则代表有键按下或者是键盘抖动。为消除键盘抖动的影响，先采用延时，延时后重复上述操作，若读到的值得高四位不是全1，则代表确实有键按下。在有键按下的情况下，则可以找出是哪个键被按下，方法是：在值为0的那一行，继续赋零，其余行和所有列均给1，在此情况下，读出列的值，在列中，哪一列为0，则代表该列的键被按下。用上述的方法就可以找出被按下的键，然后将对应的键号取出，就可以在主程序中使用。2、定时器模块 定时器模块则是简单的运用定时器的中断，对于定时器而言，其初值不同，计数的溢出率就不同，又因为，每次定时器产生的中断将电平信号取反，就可以产生不同频率的脉冲，有了脉冲就可以驱动喇叭产生不同频率的音调。 以上就是该任务的两个模块，这都是简单的运用单片机键盘扫描知识和定时器的运用，其原理都是很基本的。五、调试过程 1、问题发现与解决 在进行调试是，还是发现了一些问题。但最终都得到解决。问题之一就是，在等待50脉冲时，由于while语句位置的使用不当，导致程序不能正常运行。其次，就是1234567七个音调的不准确，需要正确计算出定时器初值，而后在进行调试，就可以听到效果较好的其中音调。六、 设计总结在此次课程设计中，我通过实践操作，更好的正握了书本知识，尤其是键盘扫描模块，其次就是定时的使用，当然，对喇叭的发生原理也能掌握。另外，我还学到了如何正确，有效的调试程序。这说明，只有掌握正确的方法，才能提高效率。最重要的是，我的动手实践能力，得到了较大的提高。所以，此次的课程使劲儿还是受益颇多的。 七、 参考文献单片机原理及应用实验指导书，屈波等编，2007年单片机原理及应用，赵德安等编，机械工业出版社，2011单片机基础，李广弟等，北京航空航天大学出版社，2004年八、 程序清单以下是电子琴设计的程序：#include /头文件的说明#include /用于8255的使用#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define COM8255 XBYTE 0X8003 /8255的控制字地址#define PA XBYTE 0X8000 /8255端口A的地址uchar flag; /在键盘扫描时使用uchar key; /用于存放按键的对应标号uchar num; /用于对50次脉冲的电平跳变进行计数，跳变100次后就达到50次脉冲uint code table= 64100,64224,64333,64484,64577,64660,64734; /以上数组中的数分别是发出1234567七个音调的定时器的初值/子程序的说明void keyscan(); /键盘扫描void delay(); /简单的延时程序，用于键盘扫描时的消抖void shun(); /顺序播放1234567void ni(); /逆序播放7654321/简单的延时子程序，用于键盘扫描时消抖void delay() uchar a; a=250; while(a-);/键盘扫描/*键盘扫描的原理是：用P1口的高四位分别连接4*4键盘的行，P1口的低四位分别连接列，在进行键盘扫描时先判断是否有键按下，若消抖后仍有键按下，则找出是哪个键被按下*/void keyscan() flag=0; /变量赋初值 do P1=0xf0; /检查是否有键按下 flag=P1; flag=flag&0xf0; if(flag!=0xf0) /等待有键按下，若有键按下则向下执行 delay(); /延时消抖 P1=0xf0; /重新检测是否有键按下 flag=P1; flag=flag&0xf0; while(flag=0xf0); /确认有键按下后，找出是1至9个键中哪个键按下 if(flag=0xb0) /检查第三行 P1=0xbf; /*给第三行赋零值，检查该行哪个键被按下，哪一列电平被拉低，则该列的键被按下*/ flag=P1; flag=flag&0x0f; switch(flag) case 0x07:key=9;break; /*第三行中除了9号键外，其余键按下不采取操作*/ case 0x0b:key=0;break; case 0x0d:key=0;break; case 0x0e:key=0;break; if(flag=0xd0) /检查第二行 P1=0xdf; /*给第二行赋零值，检查该行哪个键被按下，哪一列电平被拉低，则该列的键被按下*/ flag=P1; flag=flag&0x0f; switch(flag) case 0x0e:key=8;break; /根据对应的键，对key赋值 case 0x0d:key=7;break; case 0x0b:key=6;break; case 0x07:key=5;break; if(flag=0xe0) /检查第一行 P1=0xef; /*给第一行赋零值，检查该行哪个键被按下，哪一列电平被拉低，则该列的键被按下*/ flag=P1; flag=flag&0x0f; switch(flag) case 0x0e:key=4;break; /根据对应的键，对key赋值 case 0x0d:key=3;break; case 0x0b:key=2;break; case 0x07:key=1;break; /顺序播放1234567七个音调void shun() /顺序播放 uchar i; /用于取数组中的对应的数 for(i=0;i7;i+) TH0=tablei/256; /定时器赋初值 TL0=tablei%256; TR0=1; / 开始计时 while(num100); /等待发出50个脉冲 TR0=0; /若已到50次脉冲，则关定时器 PA=0x01; /喇叭停止发声num=0; /num清零，准备下次计数 /逆序播放7654321七个音调void ni() /逆序播放 uchar i; /用于取数组中的对应的数 for(i=0;i7;i+) i=6-i; /逆序取数组中的数 TH0=tablei/256; /定时器赋初值 TL0=tablei%256; TR0=1; / 开始计时 while(num100); /等待发出50个脉冲 TR0=0; /若已到50次脉冲，则关定时器 PA=0x01; /喇叭停止发声num=0; /num清零，准备下次计数 /利用定时器的中断来产生脉冲void time() interrupt 1 /定时中断 TH0=tablekey/256; /每次定时产生中断，重新赋初值，可以产生连续的脉冲 TL0=tablekey%256; PA=PA;/对喇叭端口电平取反，形成脉冲 num+; /对正负电平数计数，其值时脉冲数的两倍 /主程序/主程序中根据键盘扫描得到是哪个键按下，来给定时器赋相应的初值，产生不同频率的脉冲void main() key=0; /key值清零，用于键盘扫描 num=0; /清零，用于脉冲计数 PA=1; /初始化，使喇叭不发声 TMOD=0x01; /用T0工作于方式1，用于定时 EA=1; /开总中断 ET0=1; /开T0中断 COM8255 = 0X80; /8255初始化，仅使用PA口，用于输出方式 while(1) do keyscan(); /*进行键盘扫描，若有键按下，则KEY的值会改变,跳出循环*/ while(key=0); /等待键按下 if(key8) key