单片机课设设计论文基于STC89C51单片机的简易电子琴设计

单片机课程设计论文题 目：基于单片机的简易电子琴设计 学 院：机电工程学院 专 业：电气工程及其自动化 姓 名: # # # 指导教师: 完成日期: 2012-12-27 I目 录摘要 .1绪论.21 方案论证 .31.1 原理图 .31.2主体方案 .31.3 系统方案设计绍 .41.3.STC89C51 简介 .51.3.1 单片机工作原理 .81.3.2 数码管 .132 实现过程 .142.1.1 程序设计内容 .142.1.2 I/O 并行口直接驱动 LED 显示 .142.2 音乐产生的方法 .152.2.1 原理 .152.2.2 程序框图 .163 全文总结 .173.1 结束语 .18参考文献 .19附录 .201.电路原理图 .202.程序框图 .213.系统流程图 .224.语言源程序 .231摘 要在现代各种生活中，电子琴作为一种音乐型玩具 ，广泛用于与人们的日常生活中。市场上有各种各样的电子琴。特别是日本产的，音质优美，它是有专门的音乐控制芯片制造的。由于其价格较贵，无法大面积普及，且功能单一。用 89c51 作为主控中心，研制一种简易的微型电子琴，尽可能地体现较好的音质来，是一种可做的尝试。 以单片机为核心设计的简易电子琴系统，由按键扫描电路、声音产生驱动电路、复位电路、等模块组成的，是一种比较实用、廉价的电子玩具。本论文所设计的简易电子琴，它分为两大部分，硬件电路的设计和软件的设计。硬件电路的设计以 AT89S51 单片机为控制主板，辅以外围的扩展设备蜂鸣器、矩阵键盘、共阳数码管，形成一个可被控制的显示系统。软件设计通过控制单片机内部的定时器 T0 来产生不同频率的方波,驱动喇叭发出不同音节的声音.再利用延迟来控制发音时间的长短,即可控制音调中的节拍.把乐谱中的音符对应的频率转换为定时常数,把相应的节拍变换为定时常数,然后作成表格存放在储存器中,由程序查表得到定时常数和延时常数,分别用以控制定时器产生方波的频率和该频率方波的持续时间.当延迟常数到时,再查下一个音符的定时常数和延迟常数.依次进行下去,就可演奏悦耳动听的音乐.主要实现 1能够发出 1.2.3.4.5.6.7 等七个音符。2能自动演奏完，自选的一首歌曲两种功能。 一、 引言单片机因其体积小，功能强，价格低廉而得到广泛应用，同时随着我国经济的飞速发展，单片机在越来越多的领域得到了广泛的应用，现在国内的单片机多用于电话，玩具和 LCD 等产品，预计在未来，利用单片机发明的产品会越来越多，作为一名应用电子的应届毕业生来说，理解和掌握单片机的工作原理和使用技巧是必备的技能，基于这种考虑，我这次毕业设计的题目为声光电子琴。钢琴，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，有的人们不2能负担起钢琴的高额价钱，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，电子琴的发明让人们找到了能与钢琴媲美的声音。怎样让我们的电子琴随身携带呢？这就要求人们不断设计出新型电子琴。我所设计的该产品时根据自身的兴趣和爱好所设计的，通过对传统电子琴的认识和了解，知道了传统的电子琴是利用单片机的汇编也语言的编程来实现的，而且功能单一，只能弹奏而不能随意的播放音乐，我所设计的产品是基于对 89c51 单片机的深入理解对传统电子琴的小小的改革和创新，并且以简单的 C 语言程序替代了复杂的汇编语言程序，声和光是新电子琴的主题，我相信在声光电子琴的不断革新达到人们所需娱乐设备的标准的时候，声光电子琴会被投入到批量生产之中32、产品概述钢琴，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，有的人们不能负担起钢琴的高额价钱，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，电子琴的发明让人们找到了能与钢琴媲美的声音。怎样让我们的电子琴随身携带呢？这就要求人们不断设计出新型电子琴。我所设计的该产品时根据自身的兴趣和爱好所设计的，通过对传统电子琴的认识和了解，知道了传统的电子琴是利用单片机的汇编也语言的编程来实现的，而且功能单一，只能弹奏而不能随意的播放音乐，我所设计的产品是基于对 89c51 单片机的深入理解对传统电子琴的小小的改革和创新，声和光是新电子琴的主题，我相信在声光电子琴的不断革新达到人们所需娱乐设备的标准的时候。3、按键部分的设计：在本电路的按键接口设计，按键数量比较多。 3、数码管显示电路：为指示出当前演奏的曲目标号和显示当前按下的键号，我们采用 1 位数码管作为显示部件，为了节省成本，采用 I/O 口直接驱动数码管。这样设计充分利用了单片机的资源，使此设计才功能上很丰富、完善。41 方案论证1.1原理图EA/VP 31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P10/T1 P11/T2P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD11RXD10GND20Vcc 40STC89C51/5289C52RC10ufS0VCC30p30p 12MHZVcc+-BEEPS11 2口口口口VCC1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1KS1S2S3S4S5S6S7S8S9S1010KP30P31P32P33P34P35P36P37P30P31P32P33P34P35P36P37P10P11P10P11 P1410K 80508050VccVccVccP14 301.2主体方案本电子琴就是从单片机 STC89C51 切入，通过使用 STC89C51 的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。该简易电子琴通过控制单片机内部的定时器 T0 来产生不同频率的方波,驱动喇叭发出不同音节的声音.再利用延迟来控制发音时间的长短,即可控制音调中的节拍.把乐谱中的音符对应的频率转换为定时常数,把相应的节拍变换为定时常数,然后作成表格存放在储存器中,由程序查表得到定时常数和延时常数,分别用以控制定时器产生方波的频率和该频率方波的持续时间.当延5迟常数到时,再查下一个音符的定时常数和延迟常数.依次进行下去,就可演奏悦耳动听的音乐显示电路 （89C51）主控模块键扫描电路发声电路1.3 主要芯片简介1.3.1 STC89C51简介一、 单片机的主要性能特点ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机采用高性能的静态 80C51 设计，欲先进工艺制造，并带有非易失性 FLASH 程序储存器。它是一它是一种高性能，低功耗的 8 位 CMOS 微处理芯片， 。主要性能特点有：8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上。数据保存 10 年，256 字节内部 RAM 电源控制模式：时钟可停止和恢复；空闲模式；掉电模式。6 个中断源4 个中断优先级4 个 8 位 I/O 口全双工增强型 UART3 个 16 位定时/计数器，T9，T1 和增加的 T2全静态工作方式：024MHz二 、单片机的引脚功能89C51 单片机的引脚图见图6图 2.2 89C51 单片机的引脚图VCC（40 脚）：接电源+5V。VSS（20 脚）：接地 也就是 GND。XTAL1 （19 脚） 和 XATL2（18 脚）：接振荡电路，单片机是一种时序电路 必须有脉冲信号才能工作 在它的内部有一个时钟产生电路。PSEN（29 脚）：片外 ROM 选通信号,低电平有效.他同样可以驱动 8 个LSTTL 输入。ALE/PROG（30 脚）：地址锁存信号输出端/EPROM 编程脉冲输入端。为了使地址与数据不混淆,通常是先送地址再传送数据。ALE 将 P0 口输出的低 8 位地址锁存,从而实现低位地址与数据的分离。RST/VPD（9 脚）：复位信号输入端/备用电源输入端。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。VCC 掉电期间,此引脚可以接上备用电源,以保存内部 RAM 的数据不丢失;当 VCC 低于规定水平时,VPD 向内部 RAM 提供备用电源。EA/VPP（31）：内/外部 ROM 选择端。当 EA 端保持高电平时，不管是否有内部程序存储器，只访问外部程序存储器。当 EA 端保持低电平时，访问内部程序存储器。P0 口（P0.0P0.7 共 8 个引脚,既 39-32 脚）：双向 三态 I/O 口。在访问外部存储器时,可分别用低 8 位地址线和 8 位数据线;P0 口可以驱动 8 个LSTTL P1 输入。P1 口（P1.0P1.7 共 8 个引脚,既 1-8 脚）P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 口,在 EPROM 编程和程序验证时 ,它接受低 8 位地址,能驱动 4个 LSTTL 输入。7P2 口（P2.0P2.7 共 8 个引脚,既 21-28 脚）：P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 口 , 在 EPROM 编程和程序验证时,它接受高 8 位地址,能驱动 4 个 LSTTL 输入。P3 口 （P0.0P0.7 共 8 个引脚,既 10-17 脚）：P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 口。他是个多用途口。在这 8 个引脚里，其中 P3.2 的第二功能是外部中断 0 申请输入端；P3.3 的第二功能是外部中断 1 申请输入端；P3.4 的第二功能是定时器 0 申请输入端。三 、单片机内部结构及组成结构单片机是由中央处理器（CPU） 、片内数据存储器（RAM） 、片内程序存储器（ROM）和输入输出接口（I/O 口）四大部分组成： CPU 是单片机的核心部分。其作用是读入和分析每条指令，根据指令要求控制各个部件执行相应的操作，它包括运算器和控制器两大部分：一是运算器包括算术逻辑部件(ALU)、累加器 A、暂存寄存器、寄存器 B、程序状态寄存器（PSW） ，十进制调整电路等。运算器主要用于实现算术/逻辑运算及位操作运算。二是控制器包括时钟发生器,定时控制逻辑,指令寄存器,指令译码器,程序计数器 PC,程序地址寄存器,数据指令寄存器 DPTR 和堆栈指针 SP 等。控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件。 单片机存储器，单片机在物理上有 4 个存储空间:片内程序存储器和片外程序存储器, 片内数据存储器和片外数据存储器 .8051 片内有 4KB 的程序存储器和 256B 数据存储器。下面分别介绍程序存储器和数据存储器。程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数。8051 单片机内部有 4KB 的片内 ROM 和 64KB 的片外 ROM,两者是统一编址的。数据存储器 8051 内部有 256B RAM,片外最多可以扩展 64KB RAM。片内 256 KB RAM 按其功能划分两部分:低 128B 位片内数据 RAM 区,地址空间为 00H7FH;高 128B 位特殊功能寄存器的区域.地址空间为 80HFFH。内部数据存储器低 128单元，8051 内部低 128B RAM 是真正的 RAM,可用于暂存运算结果及标志位等.按其用途可以分为三部分:工作寄存器区;位寻址区;用户 RAM 区。内部 RAM 的高于128 单元是供给特殊功能寄存器使用，因此称特殊功能寄存器： 指令寄存器 IR 和指令译码器 ID。指令寄存器是存放指令代码的地方。当执行指令时，CPU 把从程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，然后指令译码器译码后由定时控制电路发生相应的控制信号，最终完成指令所规定的操作。 程序计数器 PC 是一个 16 位的计数器。用于存放将要执行的指令地址,CPU 每读取指令的一个字节 PC 便自动加 1,指向本指令的下一个字节或下一条指令地址,PC 可以寻址 64KB 范围 ROM。 累加器是一个最常用的 8 位特殊功能寄存器,它可以用于存放操作数,也没有用于来存放运算结果。 寄存器 B 是一个 8 位寄存器,主要用于乘法和除法的运算, 状态字寄存器 PSW 是 8 位寄存器,用于存放程序运行状态信息,其格式如下图 2.3 所示 。 8图 2.3 程序状态字 PSWCY（PSW.7）：进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则 CY 自动置“1” ，否则 CY 置“0” ，在进行布尔操作运算时，CY（简称 C）作为布尔处理器。AC(PSW.6)：辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若低 4 位向高 4 位有进位（或借位）时，AC 被置“1” ，否则 AC 被置“0” 。在十进制调整指令中 AC还作为十进制调整的判别位。F0(PSW.5)：用户标志位。用户可用软件对 F0 位置“1”或清“0”以决定程序的流向。OV(PSW.2)：溢出标志位，当运算结果溢出时 OV 为“1” ，否则为“0” ，此标志位反映了运算结果是否溢出。P（PSW.0）：奇偶标志位。MCS-51 单片机采用的是偶校验。当累加器 A 中“1”的个数为奇数时，P 置“1” ，否则 P 置“0” 。此位反映累加器 A 中内容“1”的奇偶性，它常常用于机间通信。RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)：工作寄存器区选择位。用来选择当前工作的寄存器区。用户通过改变 RS1 、RS0 的内容来选择当前工作寄存器区。 堆栈指针 SP 数据指针寄存器 DPTR 是一个 16 位寄存器,由高位字节 DPH 和低位字节DPL 组成,用来存放 16 位数据存储器的地址,以便对外部数据存储器 RAM 数据进行读写。 工作寄存