基于51单片机的电子琴设计说明

1、. . . . 方案设计电子琴设计框图晶振控制模块显示模块发声模块图电子琴设计框图2 总体设计2.1 硬件部分采用AT89S52 单片机作为主控制部件，AT89S52 用上电自动复位，12MHZ 的晶振和两个电容形成晶振电路。 面键，用于输入音符。2.2 软件部分软件部分采用汇编语言编写程序，单片机汇编语言程序设计步骤如下：第一步:分析问题。第二步:画出程序的基本轮廓。第三步:实现该程序。2.3 软硬件调试使用 KEIL 软件，将程序输入进行编译，编译通过后，则将制作的电路进行联机仿真，检测功能和设计任务能不能实现。 如果不能达到预期效果，则必须重新检查硬件或修改程序。2.4 程序固化经过调试

2、，实现了预期的成果和功能，就可以开始程序固化了。 将程序烧录到 AT89S52 部ROM 中，然后将单片机放入到电路中，再进行观察。一 相关技术简介用电子琴可以演奏出各种美妙的音乐，而音乐是有音符组成的。不同的音符是由相应频率的振动产生不同频率的声音电信号经扬声器发音后，人耳所听到的便是不同的声音，换言之，只要向扬声器中输入不同频率的电信号就可以产生不同的声音。若将不同的音节于不同的节拍组合在一起便形成一定的曲调，因此一个单片机I/O口，通过软件，控制其输出不同频率的信号，就可以产生8个基本音节，将音节以一定的节拍进行组合，便可以产生歌曲。乐曲中每一音符对应着确定的频率，表1 给出C 调时各音

3、符频率。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。二 硬件设计1. AT89S52单片机图2 AT89S52单片机（）简介AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT8

4、9S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（）引脚功能1.VCC : 电源2.GND: 地3.P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输

5、出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。4.P1 口：P1 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2

6、分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。表引脚功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）5.P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，部上拉电阻把端口

7、拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送 1。在使用8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。6.3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，

8、此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。表引脚功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)7.RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门

9、狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。8.ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE 操作将无效。这一位置 “1”，A

10、LE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。9.PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。10.EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，

11、EA 也接收 12 伏 VPP电压。11.XTAL1:振荡器反相放大器和部时钟发生电路的输入端。12.XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。2.蜂鸣器图3 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机，打印机，复印机，报警器，电子玩具，汽车电子设备，机，定时器等电子产品中做发声器件。3.键盘图4 键盘本设计键盘模块采用 4*4 矩阵键盘，原理图如图 所示。在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 4 所示。 在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就

12、可以构成4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9 键）。由此可见，在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。4. 时钟电路 （1）振荡电路部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器，两个引脚和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端，其中匹配电容和要根据石英晶体振荡器的要求选取，一般选用PF的瓷片电容。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百中适当选取。（）时钟电路图5定时电路5 .LED数码管图6 显示显示模块是利用 AT89S52 单片

13、机的 P0 端口的 P0.0P0.7 连接到一个共阳数码管的 ah 的笔段上。在数码管上循环显示 07 数字，时间间隔 0.2 秒。LED 显示模块七段 LED 数码管部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，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，表给出了共阴极 LED 数码管的字形码表。表 共阳极 LED 数码管的字形码表显示字符共阳极段选码显示字符共阳极段选码C0H80HF9H90HA4H88HB0H83H99HC6H92HA1H82H86HF

14、8H8EH三 软件设计开始初始化是否有按键按下发声程序键盘程序结束图7主程序流程图1发声程序表4音符频率表音符频率简谱码中69864820低26263628中78464898低29463835中88064968低33064021中98865030低34964103高104665058低39264260高117565110低4406440高131865157低49464524高139765178中52364580高156865217中58764684高176065252中65964777高196765283中断入口重置取反图 8 发声程序流程图。2定时中断定时中断保护现场停止计时输入音频脉冲电平

15、音频脉冲电平反转中断返回恢复现场图9定时中断程序框图中断是单片机适时的处理部或外部事件的一种部机制，当某种部或外部事件发生时，单片机中断系统将迫使暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理，中断处理完毕后，又返回被中断程序处，继续向下执行。AT89S52 有 6 个中断源：两个外部中断（INT0 和 INT1），三个定时中断（定时器 0、1、2）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器 IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE 还包括一个中断允许总控制位 EA，它能一次禁止所有中断。如表 5 所示，IE.6 位是不可用的。对于 AT89S52，IE.5 位也

16、是不能用的。用户软件不应给这些位写 1。它们为 AT89 系列新产品预留。定时器 2 可以被寄存器 T2CON 中的TF2 和 EXF2 的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清 0。实际上，中断服务程序必须判定是否是 TF2 或 EXF2 激活中断，标志位也必须由软件清 0。定时器 0 和定时器 1 标志位 TF0 和 TF1 在计数溢出的那个周期的 S5P2 被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器 2 的标志位 TF2 在计数溢出的那个周期的 S2P2 被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。表5中断允许控制寄存器（MSB） （LSB）EAET2ESET

17、1EX1ET0EX0中断允许控制位1，允许中断中断允许控制位0，禁止中断符号位地址功能EAIE.7中断总允许控制位。EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定-IE.6预留ET2IE.5定时器 2 中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器 1 中断允许控制位EX1IE.2外部中断 1 允许控制位ET0IE.1定时器 0 中断允许控制位EX0IE.0外部中断 1 允许控制位五 设计感受这次专业设计结束了，我对于单片机又有了一个全新的认识，原来以前的学习还差很多，在对于学科和未来的工作上，我还有很长的一段路要走。学海无涯，这句话虽然有点老生常谈，但却是我现在

18、最真实的心理感受，电子琴的设计其实难度并不大，而如今如此吃力的原因值得我好好反思。最后，感老师对于我们专业设计无私的指导和帮助。六 附录/简易电子琴#include<reg52.h> /包含51单片机寄存器定义的头文件sbit P14=P14; /将P14位定义为P1.4引脚sbit P15=P15; /将P15位定义为P1.5引脚sbit P16=P16; /将P16位定义为P1.6引脚sbit P17=P17; /将P17位定义为P1.7引脚unsigned char keyval; /定义变量储存按键值sbit sound=P36; /将sound位定义为P3.7unsign

19、ed int C; /全局变量，储存定时器的定时常数unsigned int f; /全局变量，储存音阶的频率/以下是C调低音的音频宏定义#define l_dao 262 /将“l_dao”宏定义为低音“1”的频率262Hz#define l_re 286 /将“l_re”宏定义为低音“2”的频率286Hz#define l_mi 311 /将“l_mi”宏定义为低音“3”的频率311Hz#define l_fa 349 /将“l_fa”宏定义为低音“4”的频率349Hz#define l_sao 392 /将“l_sao”宏定义为低音“5”的频率392Hz#define l_la 440

20、/将“l_a”宏定义为低音“6”的频率440Hz#define l_xi 494 /将“l_xi”宏定义为低音“7”的频率494Hz /以下是C调中音的音频宏定义#define dao 523 /将“dao”宏定义为中音“1”的频率523Hz#define re 587 /将“re”宏定义为中音“2”的频率587Hz#define mi 659 /将“mi”宏定义为中音“3”的频率659Hz#define fa 698 /将“fa”宏定义为中音“4”的频率698Hz#define sao 784 /将“sao”宏定义为中音“5”的频率784Hz#define la 880 /将“la”宏定义为

21、中音“6”的频率880Hz#define xi 987 /将“xi”宏定义为中音“7”的频率53/以下是C调高音的音频宏定义#define h_dao 1046 /将“h_dao”宏定义为高音“1”的频率1046Hz#define h_re 1174 /将“h_re”宏定义为高音“2”的频率1174Hz#define h_mi 1318 /将“h_mi”宏定义为高音“3”的频率1318Hz#define h_fa 1396 /将“h_fa”宏定义为高音“4”的频率1396Hz#define h_sao 1567 /将“h_sao”宏定义为高音“5”的频率1567Hz#define h_la 1

22、760 /将“h_la”宏定义为高音“6”的频率1760Hz#define h_xi 1975 /将“h_xi”宏定义为高音“7”的频率1975Hz/*函数功能：软件延时子程序*/ void delay20ms(void) unsigned char i,j;for(i=0;i<100;i+) for(j=0;j<60;j+) ; /*函数功能：节拍的延时的基本单位，延时200ms*/void delay() unsigned char i,j; for(i=0;i<250;i+) for(j=0;j<250;j+) ; /*函数功能：输出音频入口参数：F*/void

23、Output_Sound(void) C=(46083/f)*10; /计算定时常数 TH0=(8192-C)/32; /可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 TL0=(8192-C)%32; /可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法 TR0=1; /开定时T0 delay(); /延时200ms，播放音频 TR0=0; /关闭定时器 sound=1; /关闭蜂鸣器 keyval=0xff; /播放按键音频后，将按键值更改，停止播放/*函数功能：主函数*/void main(void) EA=1; /开总中断 ET0=1; /定时器T0中断允许ET1=1; /定时器T1中断允

24、许TR1=1; /定时器T1启动，开始键盘扫描 TMOD=0x10; /分别使用定时器T1的模式1，T0的模式0 TH1=(65536-500)/256; /定时器T1的高8位赋初值 TL1=(65536-500)%256; /定时器T1的高8位赋初值 while(1) /无限循环 switch(keyval) case 1:f=dao; /如果第1个键按下，将中音1的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 2:f=l_xi; /如果第2个键按下，将低音7的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 3

25、:f=l_la; /如果第3个键按下，将低音6的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 4:f=l_sao; /如果第4个键按下，将低音5的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 5:f=sao; /如果第5个键按下，将中音5的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 6:f=fa; /如果第6个键按下，将中音4的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 7:f=mi; /如果第7个键按下，将中音3的频率赋给

26、f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 8:f=re; /如果第8个键按下，将中音2的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 9:f=h_re; /如果第9个键按下，将高音2的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 10:f=h_dao; /如果第10个键按下，将高音1的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 11:f=xi; /如果第11个键按下，将中音7的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算

27、定时常数 break; case 12:f=la; /如果第12个键按下，将中音6的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 13:f=h_la; /如果第13个键按下，将高音6的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 14:f=h_sao; /如果第14个键按下，将高音5的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case 15:f=h_fa; /如果第15个键按下，将高音4的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; case

28、16:f=h_mi; /如果第16个键按下，将高音3的频率赋给f Output_Sound(); /转去计算定时常数 break; /*函数功能：定时器T0的中断服务子程序，使P3.7引脚输出音频方波*/ void Time0_serve(void ) interrupt 1 using 1 TH0=(8192-C)/32; /可证明这是13位计数器TH0高8位的赋初值方法 TL0=(8192-C)%32; /可证明这是13位计数器TL0低5位的赋初值方法 sound=!sound; /将P3.7引脚取反，输出音频方波 /*函数功能：定时器T1的中断服务子程序，进行键盘扫描，判断键位*/ vo

29、id time1_serve(void) interrupt 3 using 2 /定时器T1的中断编号为3，使用第2组寄存器 TR1=0; /关闭定时器T0 P1=0xf0; /所有行线置为低电平“0”，所有列线置为高电平“1” if(P1&0xf0)!=0xf0) /列线中有一位为低电平“0”，说明有键按下 delay20ms(); /延时一段时间、软件消抖 if(P1&0xf0)!=0xf0) /确实有键按下 P1=0xfe; /第一行置为低电平“0”（P1.0输出低电平“0”） if(P14=0) /如果检测到接P1.4引脚的列线为低电平“0” keyval=1; /可判断是S1键被按下 if(P15=0) /如果检测到接P1.5引脚的列线为低电平“0” keyval=2; /可判断是S2键被按下 if(P16=0) /如果检测到接P1.6引脚的列线为低电平“0” keyval=3; /可判断是S3键被按下 if(P17=0) /如果检测到接P1.7引脚的列线为低电平“0” keyval=4; /可判断是S4键被按下 P1=0xfd; /第二行置为低电平“0”（P1.1输出低电平“0”） if(P14=0) /如果检测到接P1.4引脚的列线为低电平“0” keyval=5; /可判断是S5键被按下 if(P15=0) /如果检测到接P1.5