AT89S52单片机电子琴音乐发生器设计报告毕业论文

广西水利电力职业技术学院信息工程系电子琴音乐盒设计报告专业班级： 10通信技术2班学 号： 2010410216姓 名： 梁国昌指导教师： 石巍2011年 12 月 12 日广西水电学院信息工程系第 1 页 共 35 页目 录摘要 .3引言 .4一、概述 .51.1 系统开发意义 .51.2 设计目标 .51.3 控制模块选择方案 .51.4 主要芯片简介 1.4.1 AT89S52 简介 .61.4.2 TDA2030A 芯片 .71.4.2.1TDA2030A 引脚情况 .71.4.3 七段数码管 .71.4.4 按键选择方案 .81.5 系统组成及总框图 .8二、硬件设计 .92.1 系统的硬件电路设计 .92.2 时钟振荡电路 .92.3 单片机的复位及复位电路 .102.3.1 复位状态 .102.3.2 复位电路 .102.4 单片机最小系统 .112.5 音调显示和切换按钮 .112.6 键盘输入部分 .122.7 音频功放电路 .132.8 扬声器 .13三、软件设计 .143.1 如何用单片机实现音乐的节拍 .143.1.1 定时/计数器的设计和状态字定义： .143.2 音调数据表 .163.3 软件流程 .173.3.1 系统流程图 .173.3.2 键盘和数码管程序流程 .173.3.3 主程序功能： .193.4 软件程序 .19四、电路的仿真 .204.1 仿真运行直接播放音乐 .204.2 电子琴功能 .214.3 电子琴音阶功能 .23五、系统调试 .24广西水电学院信息工程系第 2 页 共 35 页5.1 硬件调试 .245.2 软件调试 .24六、课程设计体 会 .25致谢 .26参考文献 .27附录 A(总电路图) .28附录 B（设计程序） .28附录 C（原价清单） .34附录 D（设计实物图） .35广西水电学院信息工程系第 3 页 共 35 页摘要电子琴的设计以 AT89S52 单片机作为系统的核心控制部分，通过制作硬件电路和软件的设计编写，然后进行软硬件的调试运行，最终达到设计电路的乐器演奏、播放乐曲、存储及显示功能。设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现。可以用它来弹奏和播放乐曲。特点是设计思路简单、清晰,成本低。关键词：AT89S52，电子琴，单片机，音乐发生器广西水电学院信息工程系第 4 页 共 35 页引言单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。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。本文的主要内容是用 AT89S52 单片机为核心控制元件，设计一个电子琴和音乐发生器双功能。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有 10 个按键和扬声器。本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍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。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。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弄正确即可。广西水电学院信息工程系第 5 页 共 35 页一、概述1.1 系统开发意义该设计具有以下优点：可以随意弹奏想要表达的音乐。比传统电子琴功能更完善。制作简单，成本低。1.2 设计目标由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。其次，在这次设计可行性上进行分析如下：1、经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是没有项目资金，没有开发经费，因此在经济上必须能够承受，比较理想化的项目对于我们毕业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。2、技术可行性：技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成开发工作，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。综上所述，本系统设计目标已经明确,在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。1.3 控制模块选择方案方案一：用可控硅制作电子琴。将 220V 交流电经变压器降压 ,再经过整流、滤波,获得+13.5V 直流电压。将单向可控硅 SCR 和电阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案二：此方案采用 AT89C51 八位单片机实现。它内存较小，只有 4K 字节Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，无在线下载编程功能，也无在线仿真功能。只能通过编程器烧写成以.hex 为后缀名的文件。广西水电学院信息工程系第 6 页 共 35 页方案三：采用 AT89S52 单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到 8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三。1.4 主要芯片简介1.4.1 AT89S52 简介AT89S52 是一种低功耗、高性 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 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89C52 具有如下特点：40 个引脚（引脚图如图 1-1 所示），4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 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（WDTC）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89C52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图 1.AT89S52 实物图和引脚图广西水电学院信息工程系第 7 页 共 35 页1.4.2 TDA2030A 芯片TDA2030A 是 德 律 风 根 生 产 的 音 频 功 放 电 路 ， 采 用 V 型 5 脚 单 列 直 插 式塑 料 封 装 结 构 。 如 图 1 所 示 ， 按 引 脚 的 形 状 引 可 分 为 H 型 和 V 型 。 该 集 成电 路 广 泛 应 用 于 汽 车 立 体 声 收 录 音 机 、 中 功 率 音 响 设 备 ， 具 有 体 积 小 、 输 出功 率 大 、 失 真 小 等 特 点 。TDA2030A 能在最低6V 最高22V 的电压下工作在19V、8 阻抗时能够输出 16W的有效功率，THD0.1% 。无疑，用它来做电脑有源音箱的功率放大部分或小型功放再合适不过了。1.4.2.1TDA2030A 引脚情况1 脚是正相输入端；2 脚是反向输入端 ；3 脚是负电源输入端；4 脚是功率输出端；5 脚是正电源输入端。图 2.TDA2030A 实物图和引脚图1.4.3 七段数码管本次课程设计的显示电路采用 LED 数码管显示，LED（Light-Emitting Diode）是一种外加电压从而流过电流并发出可见光的器件。LED 是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。LED 有单个 LED 和八段 LED 之分，也有共阴和共阳两种。常用的七段显示器的结构如图下图所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器(如图 b 所示)，阴极连在一起的称为共阴极显示器(如图 c 所示)。1 位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管 ag 控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来。广西水电学院信息工程系第 8 页 共 35 页图 3. 仿真引脚分布图 实物引脚分布图图 实物图1.4.4 按键选择方案该设计有 10 个按钮，设计成 21 个音，可以实现音阶在低音-中音-高音。比传统音阶范围大，弹奏效果好。1.5 系统组成及总框图硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，单片机工作于 12MHZ 时钟频率，使用其定时/计数器 T0，工作模式为 1，改变计数值 TH0 和 TL0 可以产生不同频率的脉冲信号。该设计具有 11 个音节的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。用单片机产生的音频脉冲直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐，因为它没有足够的驱动能力，这就需要音频功率放大电路。图 4.总体设计框图单片机AT89S52音频功放电路扬声器LED 显示电路按键输入晶振复位电路功能选择（弹奏/播放）广西水电学院信息工程系第 9 页 共 35 页二、硬件设计2.1 系统的硬件电路设计功能特性：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。 AT89S52 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， 片内晶振及时钟电路。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 内容被保存，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。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52。主要性能：与 MCS-51 单片机产品兼容、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、32个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器八个中断源、全双工 UART 串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标