基于8155的8led简易电子琴设计(proteus8.0)

南京邮电大学课程设计Ⅱ-7-通达学院20/20学年第学期课程设计II实验报告 模块名称PROTEUS51专业学生班级学生学号学生姓名指导教师设计题目基于8155的8LED显示简易电子琴设计任务要求使用LED/LCD显示器来显示音阶输入的相关信息；当按下键盘组相对按键，压电喇叭会发出相对音阶单音，共有2个8度音阶；所有单音会存入8951内而保存起来；至多可以输入64个单音，可以一起演奏出来；演奏时可以按键中断；可以实时显示目前正演奏的单音码。实验设备及软件一台装有proteus7.7、及Keil的PC同组人员学号及姓名参考文献《Proteus入门教程》[第二版]周润景、蔡雨恬[著]《单片机原理及应用》张毅刚、彭喜元、彭宇[著]《单片机的C语言应用程序设计》马忠梅[著]一、本系统的目的本系统设计制作一个可演奏的电子琴。综合应用了两项设计。键盘矩阵识别，通过按键控制播放15个音阶并显示。通过控制开关完成事先写入歌曲的播放。二、主要芯片简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)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ISPFlash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，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/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。8155是常用的扩展单片机IO资源的芯片，8155原理是只利用单片机的一个并行口来扩展出几个并口，使得单片机可以接入更多的设备三、系统组成本系统只要以51单片机为主控核心，8155IO外扩、与矩阵键盘、扬声器、LED显示管模块一起组合而成。具体如下：单片机单片机AT89S514X4矩阵键盘8LED数码管8155H扬声器四、系统工作原理本系统扫描键盘矩阵、显示当前状态及音阶、扬声器发出对应音符或音乐。4X4行列式非编码键盘：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。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。键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。用8155H的PB和PC口接4×4矩阵键盘，以PB0-PB4作输入线，以PC0-PC4作输出线五、硬件总体设计本系统由键盘矩阵、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：具体元件使用8LED数码管 低音1 低音2 低音3 低音4 低音5 低音6 低音7 中音1 中音1 中音2 中音3 中音4 中音5 中音6 中音7 高音1自动播放开关和扬声器 用于稳定点位的上拉电阻

六、关于音频与计数初值的选择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是N＝fi÷2÷fr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÷fr

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具体的音频对照表：音符音符 频率/Hz音符 频率/Hz音符 频率/Hz低音1262中音1523高音11046低音1# 277中音1#554高音1#1109低音2294中音2587高音21175低音2# 311中音2#622高音2#1245低音3330中音3659高音31318低音4349中音4698高音41397低音4# 370中音4#740高音4#1480低音5392中音5784高音51568低音5# 415中音5#831高音5#1661低音6440中音6880高音61760低音6# 466中音6#932高音6#1865低音7494中音7988高音71976 注：本系统值采用了期中15个音阶（如键盘图示），半音不在考虑之内。七、系统操作说明

（1）Keil下编译，产生目标HEX文件，Proteus下ProgrammeFiles选择产生的HEX文件，点击运行开始模拟。（2）开启本系统SW开关闭合，数码管显示“PLAY”，播放两只蝴蝶的乐曲。（3）断开开关，按任意键盘，数码管显示所按的音阶，扬声器发出相应的音符。（4）程序流程图：开始开始模块初始化开关闭合扫描键盘显示音阶发出声音延时结束播放乐曲是是否否否按下键盘否按下键盘是是八、单片机程序代码见附件（8155电子琴c语言代码）九、运行结果 十、设计总结通过这次课程设计，充分将之前在51单片机课上学到的知识得以运用，也掌握了一些课本之外的东西，例如基于c语言的单片机程序开发。经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放对应的音符。但由于仿真系统原因，本设计音频效果不是很好。不足之处有：1.可弹奏的音符数较少，只能在一定范围内满足用户需要。可通过改进键盘识别模块和发生模块来增加其复杂度2.音量不可调。我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。在硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作.在软件方面，基本掌握了Proteus绘制原理图的方法，并设计了一个单片机最小系统,对C语言在单片机开发上的应用也有了充分的体会。加深了对所学理论知识的理。设计成绩评定评分内容具体要求总分评分上机时间上机时间是否达到要求的学时，按照实际情况给与一定的成绩