简易电子琴设计报告.doc

一、设计指标1.1 设计任务1设计一个4X4的16个按键矩阵，并且每个键对应一个音,显示对应音键号。2用AT89C51将键盘连接设计成为电子琴。3编写电子琴的程序，要达到可以随意弹奏想要表达的音乐的目的。4程序的分析与调试，显示波形。1.2 设计要求1用汇编语言编程实现程序设计。2利用查表，中断等方式实现目的。3系统的各各功能模块要清楚，有序。4程序运行时有友好的用户界面。二、设计方框图图2.1 系统主程序流程图图2.2三、元器件介绍该设计主要由以下几个部件组成：1：单片机AT89C51 ： AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效的微控制器。引脚说明：P0口：P0口为一个8位双向三态I/O口，每脚可驱动8个TTL负载。P0既可作为通用I/O口，又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，每个引脚可驱动4TTL负载。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，驱动4个TTL门电流。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可驱动4个TTL负载。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能，管脚备选功能：P3.0 RXD（串行数据接受口） P3.1 TXD（串行数据发送口） P3.2 /INT0（外部中断0请求输入）P3.3 /INT1（外部中断1请求输入） P3.4 T0（定时器/计数器0外部输入口） P3.5 T1（定时器/计数器1外部输入口）P3.6 /WR（外部数据存储器RAM写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器RAM读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许ALE的输出电平用于锁存地址的地位字节。当不访问其时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。/PSEN：外部程序存储器ROM的选通信号。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡放大器的出及内部时钟工作电路的输出。2：电源：电源部分有二部分组成。一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作；另一部分是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。3：4*4的16个按钮矩阵。4：模拟示波器：模拟产生的波形。5：LM386音频功率放大器，LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场 合。 6：74LS244锁存器：74LS244为3态8位地址锁存器，地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来首先由CPU发出存储器地址，同时发出允许锁存信号ALE给锁存器，当锁存器接到该信号后将地址/数据总线上的地址锁存在总线上，随后才能传输数据。四、设计原理4.1 电路原理主要分为二个部分：（1）4X4行列式键盘识别；（2）音乐产生的方法；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。现在以单片机12MHZ晶振为例，列出高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如表3.1所示.下面我们要为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音019之间，中音在2039之间，高音在4059之间TABLE: DW 0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,0,0DW 0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0DW 0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0DW 0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0DW 0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0DW 0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0DW 0 表3.1 高中低音符与单片机计数T0相关的计数值表音符频率（HZ）简谱码（T值） 音符频率（HZ）简谱码（T值）低1DO26263628# 4 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030# 4 FA#37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400 # 2 RE#124565134# 646664463高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）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另外一个定时/计数器来完成。在这个程序中用到了两个定时/计数器来完成的。其中T0用来产生音符频率，T1用来产生音拍。2、 各功能模块电路的设计（用Proteus仿真） 1、 晶体振荡电路 2、 上电自动复位电路 3、按键电路 4、 显示按键建号 5音频功率放大电路 6、模拟示波3、 整体电路图 四、电路安装与调试过程1 打开并设置MedWin打开MedWin设置仿真器设置工作目录设置编译器2 使用MedWin(1)新建项目 点击项目管理新建项目 命令，输入项目名称，点击确定按钮，出现“添加项目文件”对话框，输入源代码文件名，如DITISHIYAN.ASM，单击打开按钮，出现代码窗口，即可开始编程。(2)打开项目 点击项目管理打开项目 命令，点击项目文件名(项目文件后缀为.mpf)，点击打开按钮，即可打开上次保存的项目。(3)编译 点击项目管理编译/汇编命令，启动编译器对源文件进行语法检查并编译，在消息窗口中显示编译结果。(3)模拟仿真 当源程序编译无误后，可进行模拟仿真调试。点击项目管理产生代码并装入命令，生成.hex文件。编译器对源程序进行重新编译并装入。这时，可使用调试菜单中的相关命令进行调试，如设置断点、单步及全速执行等。(4)生成目标代码 点击项目管理输出Binary文件命令，生成BIN文件，用下载工具将其下载到实验板的单片机中执行。3 Proteus的应用首先安装此软件，然后打开，打开之后在图形编辑窗口进行画图。硬件电路图画好之后，将刚在MedWin中已经编辑好的程序写入单片机中（AT89C51）中，然后进行整体仿真。五、电路测试与使用说明硬件部分 按照原理图连接电路，用PROTEUS模拟仿真测试电路，如果有问题就分块进行测试！软件部分如果硬件部分并无问题，那么就有可能是出现在软件部分。那么就需要一一查看程序是否有误，如若有误将其改正并编译并代码，而后加载进单片机内再次运行。 六、训练总结这次我主要的设计是一个简易电子琴，采用16个键分别代表16个音，通过对按键的随意按击从而产生不同的音乐，主要是通过每个按键所产生的频率不同来使得发出的各个音不同，从而产一音乐 。 程序也实在很长，对于现在的我来说肯定一个人肯定很难编出这么长的程序，幸好有给与我帮助的同学和老师。虽然这个程序还不是很简洁，但我们可以根据每个程序的功能各不相同来使程序简化。不过我对目前的程序已经很满意了，但是也存在存在的问题：（1）功能单调 ,我们可以通过增加元件、模块，扩展键盘，增加子程序程序增加其功能。 （2）程序太过冗长，我们可以用其他的方法如查询等方法来精简程序，加强它的可读性。最后，通过这次的自主完成单片机的应用系统设计，让我学会了如何去完成一个设计报告，让我更进一步了解了单片机，也让我感受到做出一个设计的开心，喜悦与担心。相信这对以后的毕业设计也会有很大的帮助。七、附录 KEYBUF EQU 30HSTH0 EQU 31HSTL0 EQU 32HTEMP EQU 33HORG 00H ; 开始地址LJMP STARTORG 0BH ; T0中断矢量地址LJMP INT_T0 START: MOV TMOD,#01H ； 写控制字SETB ET0 ； 允许T0中断SETB EA ； 开放CPU中断WAIT:MOV P3,#0FFH ； P3口输出CLR P3.4 ； 清零MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FH ； 屏蔽高四位JZ NOKEY1 ； 判断LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FH ; 屏蔽高四位XRL A,#0FH ; 异或运算JZ NOKEY1MOV A,P3ANL A,#0FH ; 屏蔽高四位 CJNE A,#0EH,NK1 ; 判断A与#0eh是否相等MOV KEYBUF,#0 ; 赋初值#0LJMP DK1 ; 跳转NK1: CJNE A,#0DH,NK2MOV KEYBUF,#1LJMP DK1NK2: CJNE A,#0BH,NK3MOV KEYBUF,#2LJMP DK1NK3: CJNE A,#07H,NK4MOV KEYBUF,#3LJMP DK1 ; 调用DK1NK4: NOP ; 空指令延时一个周期DK1:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLE ; 查表 赋首地址MOVC A,A+DPTRMOV P0,A MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL AB ; AB相乘MOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1 ; 查表一MOVC A,A+DPTRMOV STH0,A ; 写定时常数MOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0DK1A: MOV A,P3ANL A,#0FH ; 屏蔽高四位XRL A,#0FHJNZ DK1ACLR TR0NOKEY1: ; 键1子程序MOV P3,#0FFHCLR P3.5MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2 ; 判断跳转键2子程序LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK5 ; 比较跳到键5MOV KEYBUF,#4LJMP DK2NK5: CJNE A,#0DH,NK6 ; 键5子程序MOV KEYBUF,#5LJMP DK2NK6: CJNE A,#0BH,NK7MOV KEYBUF,#6LJMP DK2NK7: CJNE A,#07H,NK8MOV KEYBUF,#7LJMP DK2NK8: NOPDK2:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1 ; 查表扫描表一MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMP ; 移动TEMP，扫描键盘MOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0 ; 启动定时DK2A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK2ACLR TR0NOKEY2:MOV P3,#0FFHCLR P3.6MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK9MOV KEYBUF,#8LJMP DK3 ; 调用DK3NK9: CJNE A,#0DH,NK10MOV KEYBUF,#9LJMP DK3NK10: CJNE A,#0BH,NK11MOV KEYBUF,#10LJMP DK3NK11: CJNE A,#07H,NK12MOV KEYBUF,#11LJMP DK3NK12: NOPDK3:MOV A,KEYBUFMOV DPTR,#TABLE ; 查表MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1 ; 查表1MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0 ; 启动TR0 DK3A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK3ACLR TR0NOKEY3:MOV P3,#0FFH ; P3输出CLR P3.7MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4 ; 判c=0转移LCALL DELY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK13MOV KEYBUF,#12LJMP DK4 ; 调用DK4NK13: CJNE A,#0DH,NK14MOV KEYBUF,#13LJMP DK4