单片机课程设计报告-简易电子琴.doc

课程设计报告( 20142015 年度第 二 学期)课 程：单片机及嵌入式系统a 题 目： 简易电子琴 院 系： 自动化系 班 级： 测控1201 学 号： 201202030105 201202030106 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一周 成 绩： 日期：2015年 6 月 11 日一、课程设计内容与要求1针对所选择的设计题目进行硬件设计，合理选用所需元器件，绘制系统结构框图、硬件接线图，并在实验系统上完成电路的连接和调试。2根据所选题目的要求进行程序设计，绘制程序总体流程图并编写源程序上机调试。3写出课程设计报告，对整个设计过程进行归纳和综合，对设计中所存在的问题和不足进行分析和总结，提出解决的方法、措施、建议和对这次设计实践的认识和收获。二、课程设计正文设计题目主要内容是用at89s51单片机作为核心控制元件，设计一个电子琴。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16个按键和扬声器。设计思想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。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，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。设计原理44矩阵键盘识别处每个按键都有它的行值列值，行值列值的组合就是按键的编码。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，通过软件查出该键的功能。数码管扬声器截图各音节频谱码利用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t1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，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4-1所示)是： nfi2fr 4-1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： t65536n65536fi2fr例如：设k65536，fi1mhz，求低音do（261hz）、中音do（523hz）、高音do（1046hz）的计数值。t65536n65536fi2fr6553610000002fr65536500000/fr 低音do的t65536500000/26263627 中音do的t65536500000/52364580 高音do的t65536500000/104665059单片机12mhz晶振，高中低音符与计数t0相关的计数值如表4-2所示 表4-2 音符频率表音乐发生流程图整体电路图源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=p16; /定义蜂鸣器sbit music=p13; /*music为低电平播放世上只有妈妈好（工作模式为音乐播放器），music1为低电平时播放祝你生日快乐，music、music1都为高电平时（工作模式为电子钢琴）*/sbit music1=p11;uchar timer0h,timer0l,time,key,flag; /flag=0时为电子钢琴模式，flag=1时为音乐播放器uchar code yuepu= 6,2,3,5,2,1, 3,2,2, 5,2,2, 1,3,2, 6,2,1, 5,2,1, 6,2,4, 3,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,1, 6,1,1, 5,2,1, 3,2,1, 2,2,4, 2,2,3, 3,2,1, 5,2,2, 5,2,1,6,2,1, 3,2,2, 2,2,2, 1,2,4, 5,2,3, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,1, 6,1,1, 1,2,1, 5,1,6, 0,0,0 ; /世上只有妈妈好乐谱uchar code yuepu1=5,1,1, 5,1,1, 6,1,2, 5,1,2, 1,2,2, 7,1,4,5,1,1, 5,1,1, 6,1,2, 5,1,2, 2,2,2, 1,2,4,5,1,1, 5,1,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,2, 7,1,2, 6,1,2, 4,2,1, 4,2,1, 3,2,2, 1,2,2, 2,2,2, 1,2,4; /祝你生日快乐乐谱uchar code th_0=0xf2,0xf3,0xf5,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xf9,0xfa,0xfa,0xfb,0xfb,0xfc,0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe, 0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff,/ 28个音阶高八位频率表 装进定时器高八位 ;uchar code tl_0=0x42,0xc1,0x17,0xb6,0xd0,0xd1,0xb6,0x21,0xe1,0x8c,0xd8,0x68,0xe9,0x5b,0x8f, 0xee,0x44, 0x6b,0xb4,0xf4,0x2d,0x47,0x77,0xa2,0xb6,0xda,0xfa,0x16,/ 28个音阶低八位频率表 装进定时器 低八位;void delay(uchar t) uchar t1; unsigned long t2; for(t1=0;t1t;t1+) /延时半拍函数，控制音乐节奏 for(t2=0;t20;i-) for(j=110;j0;j-); void keyscan() /检测十六个发出音乐按键函数 uchar temp; p3=0xfe; temp=p3; temp=0xf0&temp; if(temp!=0x0f) delayms(10); /检测第一行 temp=p3 ; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xee: key=0;break; case 0xde: key=1;break; case 0xbe: key=2;break; case 0x7e: key=3;break; th0=th_0key;/将按下的键对应发出此频率声音的初值装入 tr0=1; /打开定时器 while(temp!=0xf0)/一直按下就一直发声 temp=p3; temp=temp&0xf0; tr0=0;/松手时关闭定时器0，不能发声 beep=1;/使蜂鸣器置高关闭，预防在进入中断取反时将它置低打开 p3=0xfd; temp=p3; temp=0xf0&temp; if(temp!=0x0f)/检测第二行按键 delayms(10); temp=p3 ; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xed: key=4;break; case 0xdd: key=5;break; case 0xbd: key=6;break; case 0x7d: key=7;break; th0=th_0key; /将按下的键对应发出此频率声音的初值装入 tl0=tl_0key; tr0=1; /打开定时器0 while(temp!=0xf0)/一直按下就发声 temp=p3; temp=temp&0xf0; tr0=0; /松手时关闭定时器，不能发声 beep=1;/使蜂鸣器置高关闭，预防在进入中断取反时将它置低打开 p3=0xfb; temp=p3; temp=0xf0&temp; if(temp!=0x0f) delayms(10); temp=p3 ; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xeb: key=8;break; case 0xdb: key=9;break; case 0xbb: key=10;break; case 0x7b: key=11;break; th0=th_0key; tl0=tl_0key;/将按下的键对应发出此频率声音的初值装入 tr0=1; /打开定时器 while(temp!=0xf0)/一直按下就发声 temp=p3; temp=temp&0xf0; tr0=0; /松手时关闭定时器0，不能发声 beep=1;/使蜂鸣器置高关闭，预防在进入中断取反时将它置低打开 p3=0xf7; temp=p3; temp=0xf0&temp; if(temp!=0x0f) delayms(10); temp=p3 ; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) temp=p3; switch(temp) case 0xe7: key=12;break; case 0xd7: key=13;break; case 0xb7: key=14;break; case 0x77: key=15;break; th0=th_0key; tl0=tl_0key;/将按下的键对应发出此频率声音的初值装入 tr0=1; while(temp!=0xf0) temp=p3; temp=temp&0xf0; tr0=0; beep=1; void main() uchar k,i; tmod=1; ea=1; et0=1; while(1) if(music&music1) /当为高电平时没有放音乐，扫描键盘 flag=0; keyscan(); if(!music) flag=1; i=0; while(i100) /音乐数组长度，唱完从头再来 if(music) beep=1; break; k=yuepui+7*yuepui+1-1; timer0h=th_0k; timer0l=tl_0k; time=yuepui+2; i+=3; song(); if(!music1) flag=1; i=0; while(i75) if(music1) beep=1; break; k=yuepu1i+7*yuepu1i+1-1; timer0h=th_0k; timer0l=tl_0k; /把对应的音乐频率放进定时器0 time=yuepu1i+2;/音乐节拍 i+=3; song(); void time0() interrupt 1 if(flag=0) beep=!beep; th0=th_0key; tl0=tl_0key; else beep=!beep; th0=timer0h; tl0=timer0l; /电子琴模式时进入 /音乐播放器模式调试结果仿真效果良好，硬件调试结果可以接受，不过由于蜂鸣器的问题，效果不是很理想。具体效果看演示3、 课程设计总结1.本次单片机课程设计对简易电子琴进行了一系列的了解和查阅。 1.1首先，要理解电子琴的简单工作原理。简易电子琴通过矩阵键盘可以产生16个不同频率的音频，这些频率需要上网搜集资料获得。 1.2其次，电子琴需要注意以下几个方面。1.2.1按键的时候发声，按键松开的时候停止发声。1.2.2同时按2个或以上的键的时候不会出现错误，发出的声音是结合在一起的声音。 1.3最后，在电子琴的设计中加入了音乐盒的一个特征，按键k1.3会播放音乐，在程序 中写入了两个音乐的频率，但是由于开发板只存在一个按键，所以只能播放一个音乐。2.设计中存在的问题和不足及解决方法 2.1开发板的发声不连续、不清晰。原因是蜂鸣器功能不完善，可以接一个扬声器来改善。 2.2设计中，长按键播放音乐，松开停止播放。不足是应该设计成按一下持续播放音乐， 再按键播放另外一首音乐，可解决由于开发板按键只有一个而只能播放一种音乐的缺 陷。 2.3另外可以添加在数码管上显示按键的音符的功能。3.设计实践的认识和收获 3.1认识到单片机的强大功能，没有实现不了的功能，只有想不到的方面。 因为在没有接触课程设计之前，只简单的了解实验的内容，对单片机的知识没有充分 的了解和应用，在观看了所有的项目以及其他同学的完成的情况，发现自己的设计存 在很多不足。 3.2虽然没有完