单片机课程设计报告.doc

淮阴师范学院物理与电子电气工程学院课程设计报告学生姓名学 号班 级专 业电子信息科学与技术题 目基于AT89S52单片机多音阶电子琴的设计指导教师2012年11月课程设计报告1 任务和设计要求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AT89S51单片机为核心控制元件，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。 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。2 系统设计2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。2.2.2 按键控制模块 电子琴设有8个按键，其中7个作为音符输入，另外一个作为模式转换按键，实现用户存放的自动播放歌曲。7个按键分别代表7个音符，包括中音段的全部音符，通过软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序入口，实现自编歌曲的。2.3 总体硬件组成框图该设计方案是通过按键随意按下所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏我们想要的音符或者是音调，电路由复位电路，指示灯电路，和功能按键电路组成，通过功能键可以选择播放音乐或者弹奏音节，硬件主要有下面几个部分组成。系统框图功 能 选 择(弹奏/播放)喇叭发声音 频放 大AT89S52单片机键盘输入3 硬件设计为了使电子琴的控制系统更加的方便、灵活以及稳定性，我们对系统硬件进行了简约和优化，使硬件更加的实用，更加的人性化，硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块、复位按键模块四大类3.1 电路原理图3.2 主要单元电路3.2.1中心控制模块的硬件设计 这次设计的中心控制模块是采用AT89S52单片机来控制整个系统。其中P2口作为输入口，P1口为信号输出口，P1.0连接音响驱动电路。3.2.2声音播放模块的硬件设计 如下图所示，为声音的播放模块，它接到P1.0口上，当有按键按下时，它通过AT89S52中心控制芯片的识别后发出相应的音符。3.3 元件清单AT89C52单片机一个，按键16个，30pF电容两个，喇叭一个，LM386音频放大器一个，电阻，电容若干。4 软件设计4.1 程序流程图T0中断入口4.2 主要功能程序设计4.1音乐产生的原理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。若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。 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2-1所示)是： Nfi2fr 2-1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2-2所示表2-2 音符频率表Table 2-2 notes the frequency table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我们要为这个音符建立一个表格，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, 0 DW 0, 63731, 63928, 0, 64185, 64331, 64463, 0, 0, 0 DW 0, 64580, 64684, 64777, 64820, 64898, 64968, 65030, 0, 0 DW 0, 64633, 64732, 0, 64860, 64934, 64994, 0, 0, 0 DW 0, 65058, 65110，65157, 65178, 65217, 65252, 65283, 0, 0 DW 0, 65085, 65134, 0, 65198, 65235, 65268, 0, 0, 0 DW 0音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）（如表2-3所示）表2-3 曲调值表Table 2-3 Tune the value of the table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。琴键处理程序，根据检测到得按键值，查询音律表，给计时器赋值，发出相应频率的声音。对音调的控制：根据不同的按键，对定时器T1送入不同的初值，调节T1的溢出时间，这样就可以输出不同音调频率的方波。不同音调下各个音阶的定时器。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。4.3 程序清单4KEYBUF EQU 30HSTHO EQU 31HSTLO EQU 32HTEMP EQU 33HORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP INT_T0START:MOV TMOD,#01HSETB ET0SETB EAWAIT:MOV P3,#0FFHCLR P3.7MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY1LCALL DELAY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY1MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK1MOV KEYBUF,#0LJMP DK1NK1:CJNE A,#0DH,NK2MOV KEYBUF,#1LJMP DK1NK2:CJNE A,#0BH,NK3MOV KEYBUF,#2LJMP DK1NK3:CJNE A,#07H,NK4MOV KEYBUF,#3LJMP DK1NK4:NOPDK1:MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV STHO,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STLO,AMOV TL0,ASETB TR0DK1A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK1ACLR TR0NOKEY1:MOV P3,#0FFHCLR P3.6MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2LcallDELAY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY2MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK5MOV KEYBUF,#4LJMP DK2NK5:CJNE A,#0DH,NK6MOV KEYBUF,#5LJMP DK2NK6:CJNE A,#0BH,NK7MOV KEYBUF,#6LJMP DK2NK7:CJNE A,#07H,NK8MOV KEYBUF,#7LJMP DK2NK8:NOPDK2:MOV A,KEYBUF MOV B,#2MUL ABMOV TEMP,A MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV STHO,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STLO,AMOV TL0,ASETB TR0DK2A: MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK2ACLR TR0NOKEY2:MOV P3,#0FFHCLR P3.5MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3LcallDELAY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY3MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK9MOV KEYBUF,#8LJMP 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 B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV STHO,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STLO,AMOV TL0,ASETB TR0DK3A:MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ DK3ACLR TR0NOKEY3:MOV P3,#0FFHCLR P3.4MOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4LcallDELAY10MSMOV A,P3ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ NOKEY4MOV A,P3ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,NK13MOV KEYBUF,#12LJMP DK4NK13:CJNE A,#0DH,NK14MOV KEYBUF,#13LJMP DK4NK14:CJNE A,#0BH,NK15MOV KEYBUF,#14LJMP DK4NK15:CJNE A,#07H,NK16MOV KEYBUF,#15LJMP DK4NK16:NOPDK4:MOV A,KEYBUFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV STHO,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV