基于单片机电子琴设计说明

./理工大学《单片机应用与仿真训练》设计报告基于AT89S52单片机简易电子琴设计姓名：学号：专业班级：电信08—2班指导老师：胡治国巍所在学院：电气工程与自动化学院20XX11月22日摘要设计的主要容是用AT89S52单片机为核心控制元件,通过脉冲触发产生出电子音调,设计一个简易的电子琴。以单片机作为主控核心,与键盘、蜂鸣器等模块组成控制模块。该系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等,具有一定的实用与参考价值。关键词：AT89S52；单片机；脉冲触发；电子琴设计目录1概述21.1功能简介21.2功能的实现21.3音乐产生原理32系统总体方案及硬件设计42.1总体方案42.2硬件部分42.2.1矩阵键盘部分42.2.2扬声器接口电路部分53软件设计64Proteus软件仿真85课程设计体会9参考文献10附录1源程序代码10附录2系统原理图181概述1.1功能简介电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。本简易电子琴的设计可实现的功能如下：程序中预存了一首音乐《月亮代表我的心》,通过一个独立键盘可以实现对该音乐的播放和停止操作的控制。4*4矩阵键盘的16个按键分别对应着16个不同的音符,分为高、低两个八度,当按下某一按键,会发出相应的音调。按下按键时,扬声器会发出声音,松开按键后,扬声器停止发声,按键的时间越长,发声时间越久。连续按下不同的按键,可以实现乐曲的演奏。1.2功能的实现功能的实现部分分为软件和硬件两部分来简介。1.3音乐产生原理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,只需将一首歌的音阶和频率相对应即可。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AT89S52的部定时器使其工作计数器模式〔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T＝1/523＝1912μs,因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956,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＝fi÷2÷fr2-1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：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr2-2例如：设K＝65536,fi＝1MHz,求低音DO〔261Hz、中音DO〔523Hz、高音DO〔1046Hz的计数值。T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr低音DO的T＝65536－500000/262＝63627中音DO的T＝65536－500000/523＝64580高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059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,音符表见附录一。音乐的音拍,一个节拍为单位〔C调〔如表2-1所示表2-1曲调值表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms调4/462ms调3/4187ms调3/494ms调2/4250ms调2/4125ms对于不同的曲调我们也可以用单片机的定时/计数器来完成。程序流程图如图2.5。2系统总体方案及硬件设计2.1总体方案本设计采用4*4键盘控制通过程序产生高八度和低八度音律,要考虑到软件和硬件的匹配以及硬件电路焊接时的排版问题,否则建会带来不必要的焊接麻烦,在编程序时要注意仿真与实际电路中可能的不符,2.2硬件部分本设计硬件电路共由以下几部分构成：矩阵键盘部分；扬声器部分；AT89S52主控电路部分；独立按键部分。2.2.1矩阵键盘部分设计中采用AT89S51的并行口P3接4×4矩阵键盘,以P3.0－P3.3作输入线,以P3.4－P3.7作输出线。每个按键有它的行值和列值,行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量"0"和"1",开关的一端〔列线通过电阻接VCC,而接地是通过程序输出数字"0"实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下,判断哪一个键按下,键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中,一个输出扫描码,使按键逐行动态接地,另一个并行口输入按键状态,由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键,通过软件查表,查出该键的功能,在本程序中,当程序检测到有键按下时,将查表使按键值与预存数据表中数据对应,并调用发声程序。图2.1矩阵键盘的连接2.2.2扬声器接口电路部分仿真中的扬声器一段接CPU的P2^4口,另一端接高电平。当P2^4口有电平变化时,扬声器被驱动发声。而在实物制作中,这样是难以实现功能的,需要增加模拟电路以除去多余的干扰信号。也可选用集成芯片LM386作为扬声器的驱动芯片。若使用LM386驱动扬声器,通过相应的模拟电路的设计,还可以实现音量的调节。不过,在平时做实物时,我们一般用一个三极管作为放大器,这次我采用的是8050图2.2扬声器接口电路3软件设计本设计使用Protues仿真软件进行仿真,在程序设计部分,包括键盘扫描程序,音乐发声程序。程序见附录1。4*4矩阵键盘是由CPU控制I/O口来实现扫描的。具体程序见附录二主程序键盘扫描部分。键盘扫描程序流程图如图2.4。程序首先给P3口赋值,然后读取P3的状态,将读取的状态值同所赋值相比较,如果二者不相同,则说明有键按下,子程序将按键值返回主程序；否则,说明没有键按下,程序继续进行下一次扫描。本系统的软件流程图如下图2.3系统主程序流程键盘扫描程序流程图图2.4键盘扫描程序流程图音乐发声程序图2.5音乐发声程序流程图4Proteus软件仿真仿真电路图5课程设计体会将程序烧入芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。本设计通过制作电子琴,将几个模块很好的融合,对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并了解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。说明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,于是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,然后我们利用功放电路来将音乐声音放大。遇到的问题：在刚刚焊接好后,程序烧入芯片后,发现并不发声,经检查才发现是对键盘没看清楚,将键盘接乱了,另外,在硬件电路修改好后,发现每次按键时会引起蜂鸣器一直响,再按键时有可能会消失,经检查后知道是再每按键件程序后蜂鸣器对应参值没有直接置零。总之,这是一次动手能力的锻炼,也是一次单片机知识的再回顾,还是对自己细心以及耐心能力的考察。参考文献[1]贾立新、王涌.电子系统设计与实践[M],清华大学,20XX2月版；

[2]春鸣、享成、瓮嘉民.单片机使用技术[M],人民邮电,20XX4月版；

[3]余发山.单片机原理及应用技术[M],中国矿业大学,20XX12月版；

[4]光飞.单片机课程设计实例指导[M],航空航天大学,20XX9月版；

[5]余永权.ATMEL89系列单片机[M],航空航天大学,20XX4月版；

[6]胡宴如,耿燕.模拟电子技术[M],高等教育,20XX12月版；

[7]润林,迎辉.单片机原理与应用教程[M],大学,20XX1月版；

[8]马淑华、王凤文.单片机原理与接口技术[M],邮电大学,20XX10月版；

[9]建忠.单片机原理及应用[M],电子科技大学,2002年5月版；

[10]子文.单片机原理及应用[M],电子科技大学,2006年4月版

附录1源程序代码#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintkey,i,j,time,m,k;uchartemp;ucharSTH0,STL0,STH1,STL1;sbitsw=P2^7;sbitspeaker=P2^4;sbitP37=P3^7;sbitP36=P3^6;sbitP35=P3^5;sbitP34=P3^4;//月亮代表我的心数据表codeunsignedcharsszymmh[]={0,2,1,5,1,1,1,2,3,3,2,1,5,2,3,1,2,1,7,1,3,3,2,1,5,2,2,0,2,1,5,2,1,6,2,1,7,2,2,1,3,3, 6,2,1,6,2,1,5,2,1,5,2,5,3,2,1,2,2,1,1,2,3, 1,2,1,1,2,2,3,2,1,2,2,1,1,2,3,1,2,1,1,2,2, 2,2,1,3,2,1,2,2,2,1,2,1,6,1,2,2,2,1,3,2,1,2,2,5,};//音阶频率表高八位codeunsignedcharFREQH[]={0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC,//1,2,3,4,5,6,7,8,i0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,};//音阶频率表低八位codeunsignedcharFREQL[]={0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F,//1,2,3,4,5,6,7,8,i0xEE,0x44,0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16,};unsignedintcodetab[]={64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178,65217};voidkey_music<>{unsignedchartmp; P3=0xff; P34=0; temp=P3; temp=temp&0x0f; tmp=temp; if<temp!=0x0f> { for<i=50;i>0;i--> for<j=200;j>0;j-->; temp=P3; temp=temp&0x0f; //<temp!=0x0f> if<temp==tmp> { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch<temp> { case0x0e:key=0;break; case0x0d:key=1;break; case0x0b:key=2;break; case0x07:key=3;break; } //speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256; temp=P3; temp=temp&0x0f; while<temp!=0x0f>{TR0=1;temp=P3;temp=temp&0x0f;} TR0=0; speaker=0; } } P3=0xff; P35=0; temp=P3; temp=temp&0x0f; tmp=temp; if<temp!=0x0f> { for<i=50;i>0;i--> for<j=200;j>0;j-->; temp=P3; temp=temp&0x0f; //<temp!=0x0f> if<temp==tmp> { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch<temp> { case0x0e:key=4;break; case0x0d:key=5;break; case0x0b:key=6;break; case0x07:key=7;break; } //speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256; temp=P3; temp=temp&0x0f; while<temp!=0x0f>{TR0=1;temp=P3;temp=temp&0x0f;} TR0=0; speaker=0; } } P3=0xff; P36=0; temp=P3; temp=temp&0x0f; tmp=temp; if<temp!=0x0f> { for<i=50;i>0;i--> for<j=200;j>0;j-->; temp=P3; temp=temp&0x0f; //<temp!=0x0f> if<temp==tmp> { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch<temp> { case0x0e:key=8;break; case0x0d:key=9;break; case0x0b:key=10;break; case0x07:key=11;break; } //speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256; temp=P3; temp=temp&0x0f; while<temp!=0x0f>{ TR0=1;temp=P3;temp=temp&0x0f;} TR0=0; speaker=0; } } P3=0xff; P37=0; temp=P3; temp=temp&0x0f; tmp=temp; if<temp!=0x0f> { for<i=50;i>0;i--> for<j=100;j>0;j-->; temp=P3; temp=temp&0x0f; //<temp!=0x0f> if<temp==tmp> { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch<temp> { case0x0e:key=12;break; case0x0d:key=13;break; case0x0b:key=14;break; case0x07:key=15;break; } //speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256; temp=P3; temp=temp&0x0f; while<temp!=0x0f>