毕业设计（论文）-基于单片机的带音乐播放的电子琴设计.doc

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业（班）：专业（班）：09 电子电子 3 班班 姓名：姓名： 学号学号:09101110 课题名称、主要内容和基本要求：课题名称、主要内容和基本要求： 课题课题名称：名称： 带音乐播放的电子琴设计 主要内容：主要内容： 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，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，即可构成我们所想要的音阶了， 最后经过放大电路放大，送到扬声器输出。 设计要求：设计要求： 1、可以通过独立按键演奏 8 种发音。 2、通过一个播放键和一个停止键实现歌曲的顺序播 放和停止。 3、在演奏音符和播放音乐的同时，对应的发光二极 管点亮，数码管显示相应乐曲音阶。 进度安排：进度安排： 周次周次工作内容工作内容执执行情况行情况 上学期搜集资料、方案构思、选 定题目、明确题目要求、 开题报告 第 1-5 周设计绘制电路原理图和程 序框图 第 6-7 周硬件设计与程序编制 第 8-9 周软硬件调试与软硬件完善 第 10-11 周系统硬软件联合调试 第 12-13 周撰写设计报告（论文） 第 14-15 周答辩，演示制作成品、讲 解设计思路、回答提问。 指指导导教教师评语师评语： ： 指导教师签名： 评阅评阅教教师评语师评语： ： 评阅教师签名： 毕业设计毕业设计（ （论论文）成文）成绩绩： ： 答辩委员会主任签名： 1.1.摘摘 要要 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 10 个按键和扬声器。本系统运行稳定，其优点是硬件电 路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。 众所周知，由于一首音乐是由许多不同的音阶组合而成的，而每个音阶则对应着不 同的频率，因此我们可以利用不同的频率来进行音阶的组合，即可产生美妙的音乐了。 对于单片机来说，产生不同的频率非常方便，只要算出某一音频的周期，然后将此 周期除以 2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后，就将 输出脉冲的 I/O 反相，然后重复计时，此半周期再对 I/O 反相，即可在 I/O 脚上得到此频 率的脉冲。因此我们可以利用单片机的定时器，使其工作在计数器模式 MODE1 下，改变 计数值 TH0 及 TL0 来产生不同频率的信号。从而产生不同的音符1。 关键词：音阶，频率，单片机 2. Abstract Electronic organ is a modern electronic music technology and the product is a ne w type of keyboard instruments. It played an important role in modern music. SCM ha s powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converge d with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89 S51 control of the core components, design of a electronic organ. SCM as a host to th e core, with the keyboard, speaker and other core modules. In the main control modul e has 16 keys and a speaker. The system is steady, its simple hardware circuits, softwa re functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. It also has certain practical and reference value. Well-known, the music is made up by many different scales, and each scale corresponds to different frequency, so we can use different frequency to make combination of scales, and then produce wonderful music. As for single-chip microcomputer, it is very convenient to produce different frequency, we just calculate an audio cycle, then this cycle divided by 2, namely half cycle time, using timer to time the half cycle time. Whenever timing, it will output pulse I/O reverse phase, and repeat the timing, the half cycle again to the I/O reversed-phase, then can get this frequency pulse from the I/O feet. So we can use microcontroller timer to make it work in the counter mode and generate different frequency signal. Thus produce different notes. Keywords: scales,frequency, single-chip microcomputer 目 录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 电子琴的特点及研究意义 .1 1.2 系统介绍 .1 第二章第二章 方案论证方案论证.2 2.1 单片机选择 .2 2.2 键盘选择 .2 2.3 功放电路选择 .4 第三章第三章 系统设计系统设计.5 3.1 单片机的介绍 .5 3.1.1 单片机 AT89S52 基本知识 .5 3.1.2 单片机 AT89S52 产品特点 .6 3.1.3 单片机 AT89S52 的使用 .6 3.1.4 单片机 AT89S52 的特性 .7 3.1.5 AT89S52 引脚功能与封装.8 3.2 LED 数码管.10 3.2.1 LED 数码管主要技术参数.10 3.2.2 LED 数码管的引脚说明.11 3.2.3 数码管编码说明 .13 3.3 LM386 .13 3.3.1LM386 简介 .13 3.3.2 LM386 特性.13 3.3.3 LM386 应用特点.13 3.3.4 LM386 引脚图.13 3.3.5 LM386 注意事项.14 第四章第四章 硬件设计硬件设计.15 4.1 总体电路设计 .15 4.2 单片机最小系统电路 .16 4.3LM386 功放电路 .16 4.4 数码管显示电路 .17 4.5 按键电路 .18 4.6 按键指示灯电路 .19 4.7 音乐产生方法 .19 第五章第五章 软件设计软件设计.22 5.1 程序流程图 .22 5.2 S1-S8 按键识别程序.22 5.3 S9 键识别电路程序.24 5.4 音乐产生程序 .25 第六章第六章 调试过程调试过程.29 6.1 数码管显示乱码 .29 6.3 按键处理问题 .29 结论结论.29 参考文献参考文献.30 谢辞谢辞.31 附录附录.32 附录一程序源代码 .32 附录二电路图 .45 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 电子琴特点及研究意义电子琴特点及研究意义 本论文设计的为电子琴，电子琴又称作电子键盘，属于电子乐器 (区别于 电声乐器)，发音音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一 个管弦乐队的效果，表现力极其丰富。它还可模仿多种音色，甚至可以奏出常 规乐器所无法发出的声音（如合唱声，风雨声，宇宙声等） 。另外，电子琴在独 奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏性较强的现 代音乐。另外，电子琴还安装有效果器，如混响、回声、延音，震音轮和调制 轮等多项功能装置，表达各种情绪时运用自如。本论文设计的电子琴虽是简易 电子琴，功能和真正电子琴有不小差距，但本论文设计的电子琴是很多高档电 子琴的基础，对进一步研究电子琴有很大的促进作用。本设计易懂、简练，所 用器件常见，上网查询资料方便，电路模块具有通用性，非常适合广大电子爱 好者制作。 1.21.2 系统简介系统简介 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 第二章第二章 方案方案论证论证 2.12.1 单片机的选择单片机的选择 1、方案一：用 AT89C51 作为核心控制元件。但 AT89C51 不具备 ISP 功能， 因此 ATMEL 公司已经停产，在市面上已经不常见了，况且其 ROM 只有 4K， 在系统将来升级方面没有潜力。 2、方案二：用用 AT89S52 作为核心控制元件。AT89S52 由于其性价比高， 完全满足本作品智能化的需求，他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。 综上各优缺点，本设计选择了 AT89S52 作为本设计的核心控制元件。 2.22.2 键盘选择键盘选择 1、方案一：独立式键盘。此种键盘电路配置灵活，结构和编程都简单，通 过查询即可识别出每只按键的状态来。但每个按键接单片机的一条 I/O 线，占 用单片机 I/O 口资源多，浪费资源。多在单片机所需按键较少，I/O 口资源充 足时使用。其原理图如下: 3 图 2-1 独立式键盘 2、方案二：矩阵式键盘。矩阵键盘电路占用 I/O 口较少，节约资源，编程 麻烦，但有现有的程序块。多用在使用按键较多的电路中。其原理图如下： 4 图 2-2 矩阵式键盘 由于本电子琴设计只需要发生 8 个音阶，只需要 8 个键盘识别，占用单片 机 I/O 口资源比较少，而且本设计中 I/O 口资源充足，足以满足键盘占用 I/O 口 数据线的需求。综合上述两种键盘识别电路的优缺点，本设计最终选用了独立 式键盘识别电路。 2.32.3 功放电路的选择功放电路的选择 1、方案一：三极管放大。需要元器件很少，只需要一个电阻和一个三极管 放大管，成本很低。但是容易受干扰，噪声大，信号失真大。其原理图如下： 图 2-3 三极管放大原理 2、方案二：LM386 功率放大电路。芯片集成度高，外部电路焊接简单， 电压放大倍数可调，有去耦滤波和阻抗校正网络，可以防止电路自激振荡，信 号失真度小，噪声小，抗干扰能力强，而且可以调节音量。电路较三极管电路 5 复杂，成本较三极管电路高。其原理图如下： 图 2-4 LM386 功率放大电路 由于本设计需要演奏和播放音乐，需要高清晰高保真地还原出原来的音乐信号， 所以选择了 LM386 功放电路。 第三章第三章 系统设计系统设计 3.13.1 单片机的介绍单片机的介绍 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式， 即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据 存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列 单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采 用普林斯顿结构。 为了设计此系统，采用了 MCS-51 兼容单片机 AT89S52 单片机作为控制芯片。 3.1.13.1.1 单片机单片机 AT89S52AT89S52 基本知识基本知识 AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存 储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS- 51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用 系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 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（WDT）电路，片内时钟振荡器。 6 3.1.23.1.2 单片机单片机 AT89S52AT89S52 产品特点产品特点 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。 内部数据存储器的高 128 个单元是为专用寄存器提供的，因此该区也称作特殊 功能寄存器（SFR） ，它们主要用于存放控制命令、状态或数据。除去程序计数 器 PC 外，还有 21 个特殊功能寄存器，其地址空间为 80HFFH。这 21 个寄存 器中有 11 个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址刚好能被 8 整除。 下面将对部分专用寄存器作简要介绍。 3.1.3 单片机单片机 AT89S52AT89S52 的使用的使用 AT89S52 单片机是一种低功耗高性能的 CMOS8 位微控制器，内置 8KB 可在 线编程闪存。该器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令 与工业标准的 80C51 指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程 序存储器在系统内通过 SPI 串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过 把通用的 8 位 CPU 与可在线下载的 Flash 集成在一个芯片上，AT89S52 便成为 一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成 本较低。其结构框图如图 3-1 所示。 7 图 3-1 AT89S52 结构框图 3.1.43.1.4 单片机单片机 AT89S52AT89S52 的特性的特性 AT89S52 的主要特性如下： 兼容 MCS51 产品 8K 字节可擦写 1000 次的在线可编程 ISP 闪存 4.0V 到 5.5V 的工作电源范围 全静态工作：0Hz 24MHz 3 级程序存储器加密 256 字节内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 8 3 个 16 位定时器/计数器 8 个中断源 UART 串行通道 低功耗空闲方式和掉电方式 通过中断终止掉电方式 看门狗定时器 双数据指针 灵活的在线编程（字节和页模式） 3.1.53.1.5 AT89S52AT89S52 引脚功能与封装引脚功能与封装 图 3-2 是 AT89S52 引脚图。 图 3-2 AT89S52 引脚图 按照功能，AT89S52 的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功 能 I/O 口、控制和复位等。 1.多功能 I/O 口 AT89S52 共有四个 8 位的并行 I/O 口：P0、P1、P2、P3 端口，对应的引脚 分别是 P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共 32 根 I/O 线。每根线可以单独用作输入或输出。 P0 端口，该口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。在作为输出口时，每 根引脚可以带动 8 个 TTL 输入负载。当把“1”写入 P0 时，则它的引脚可用作 高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0 可用作多路复用的低 9 字节地址/数据总线，在该模式，P0 口拥有内部上拉电阻。在对 Flash 存储器 进行编程时，P0 用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外 加上拉电阻。 P1 端口，该口是带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口，P1 口的输出缓 冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写“1”时，通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1 口作输入口使用时， 因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对 Flash 编程和程序校验时，P1 口接收低 8 位地址。 另外，P1.0 与 P1.1 可以配置成定时/计数器 2 的外部计数输入端 （P1.0/T2）与定时/计数器 2 的触发输入端（P1.0/T2EX） ，如表 2.1 所示。 表 3.1 P1 口管脚复用功能 端口引脚复用功能 P1.0 T2（定时器/计算器 2 的外部输入端） P1.1 T2EX（定时器/计算器 2 的外部触发端和双向控制） P1.5 MOSI（用于在线编程） P1.6 MISO（用于在线编程） P1.7 SCK（用于在线编程） P2 端口，该口是带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口，P2 口的输出 缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写“1”时，通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P2 口作输入口使用时， 因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或 16 位的外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地 址，在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口引脚上的内容（就是专用寄存 器（SFR）区中 P2 寄存器的内容） ，在整个访问期间不会改变。在对 Flash 编程 和程序校验期间，P2 口也接收高位地址或一些控制信号。 P3 端口，该口是带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口，P3 口的输出 缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写“1”时，通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3 口作输入口使用时， 因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 在 AT89S52 中，同样 P3 口还用于一些复用功能，如表 2.2 所列。在对 Flash 编程和程序校验期间，P3 口还接收一些控制信号。 表 3.2 P3 端口引脚与复用功能表 端口引脚复用功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0（外部中断 0） P3.3 INT1（外部中断 1） P3.4 T0（定时器 0 的外部输入） P3.5 T1（定时器 1 的外部输入） 10 P3.6 WR（外部数据存储器写选通） P3.7 RD（外部数据存储器读选通） 2.RST 复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电 平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持 98 个 振荡周期的高电平。在 SFR AUXR（地址 8EH）寄存器中的 DISRTO 位可以用于屏 蔽这种功能。DISRTO 位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。 3.ALE/PROG 地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用 于锁存低字节地址。在对 Flash 存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲 PROG。一般情况下，ALE 是振荡器频率的 6 分频信号，可用于外部定时或时钟。 但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个 ALE 脉冲。在需要时，可 以把地址 8EH 中的 SFR 寄存器的 0 位置为“1” ，从而屏蔽 ALE 的工作；而只有 在 MOVX 或 MOVC 指令执行时 ALE 才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对 ALE 屏蔽位置“1”并不起作用。 4.PSEN 程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当 AT89S52 在 执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期 PSEN 被激活 2 次。在对外部数 据存储器的每次存取中，PSEN 的 2 次激活会被跳过。 5.EA/Vpp 外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为 0000HFFFFH 的 外部程序存储器中读取代码，故要把 EA 接到 GND 端，即地端。但是，如果锁定 位 1 被编程，则 EA 在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA 应接到 Vcc。在对 Flash 存储器编程时，这条引脚接收 12V 编程电压 Vpp。 6.XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。 7.XTAL2 振荡器的反相放大器输出。 3.23.2 LEDLED 数码管数码管 3.2.13.2.1 LEDLED 数码管主要技术参数数码管主要技术参数 图3-3 数码管 数码管使用条件： 11 a、段及小数点上加限流电阻 b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定 c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA 上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样 的，4 位数码管引脚图数码管使用注意事项说明： （）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角； （）焊接温度：度；焊接时间： （）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。 3.2.23.2.2 LEDLED数码管的引脚说明数码管的引脚说明 这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有 LED 的阳极连 接到共同接点 com，而每个 LED 的阴极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小 数点）；共阴极则是把所有 LED 的阴极连接到共同接点 com，而每个 LED 的阳 极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数点），如下图所示。图中的 8 个 LED 分别与上面那个图中的 ADP 各段相对应，通过控制各个 LED 的亮灭来显示 数字。 图 3-4 共阳数码管内部结构 12 图 2-5 共阴数码管内部结构 对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为 1 脚，以逆时 针方向依次为 110 脚，左上角那个脚便是 10 脚了，上面两个图中的数字分别 与这 10 个管脚一一对应。注意，3 脚和 8 脚是连通的，这两个都是公共脚。 还有一种比较常用的是四位数码管，内部的 4 个数码管共用 adp 这 8 根数 据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有 4 个数码管，所以它有 4 个公共 端，加上 adp，共有 12 个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构 图（共阳的与之相反）。引脚排列依然是从左下角的那个脚（1 脚）开始，以 逆时针方向依次为 112 脚，下图中的数字与之一一对应。 图 3-6 4 位共阳数码管内部结构 13 3.2.33.2.3 数码管编码说明数码管编码说明 数码管编码说明，如3.3表所示： 表 3.3 控制命令表 P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0 gfabdpcde 00010100088H 111101011EBH 2001100104CH 31010001049H 4111000012BH 51010010019H 60010010018H 711101010CBH 80010000008H 91010000009H 3.33.3 LM386LM386 3.3.13.3.1 LM386 简简介介 LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电 源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用 于录音机和收音机之中。 3 3. .3 3. .2 2 L LM M3 38 86 6 特特性性 静态功耗低，约为 4mA，可用于电池供电； 工作电压范围宽， 4-12Vor5-18V; 外围元件少； 电压增益可调，20-200； 低失真度； 3.3.33.3.3 应应用用特特点点 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。 3 3. .3 3. .4 4 L LM M3 38 86 6 引引脚脚图图 LM386 的外形和引脚的排列如右图所示。引脚2 为反相输入端， 3 为同相输入端； 14 引脚 5 为输出端；引脚 6 和 4 分别为电源和地；引脚 1 和 8 为电压增益设定端；使用 时在引脚 7 和地之间接旁路电容，通常取10F。 3 3. .3 3. .5 5 L LM M3 38 86 6 注注意意事事项项 1、通过接在 1 脚、8 脚间的电容（1 脚接电容+极）来改变增益，断开时增 益为 20dB。因此用不到大的增益，电容就不要接了，不光省了成本，还会带来 好处-噪音减少，何乐而不为？ 2、PCB 设计时，所有外围元件尽可能靠近 LM386；地线尽可能粗一些；输 入音频信号通路尽可能平行走线，输出亦如此。这是死理，不用多说了吧。 3、选好调节音量的电位器。质量太差的不要，否则受害的是耳朵；阻值 不要太大，10K 最合适，太大也会影响音质。 4、尽可能采用双音频输入/输出。好处是：“”、“”输出端可以很 好地抵消共模信号，故能有效抑制共模噪声。 5、第 7 脚（BYPASS）的旁路电容不可少！实际应用时，BYPASS 端必须外接 一个电解电容到地，起滤除噪声的作用。工作稳定后，该管脚电压值约等于电 源电压的一半。增大这个电容的容值，减缓直流基准电压的上升、下降速度， 有效抑制噪声。在器件上电、掉电时的噪声就是由该偏置电压的瞬间跳变所致， 这个电容可千万别省啊！ 6、减少输出耦合电容。此电容的作用有二：隔直 + 耦合。隔断直流电压， 直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。它与扬声器负载 构成了一阶高通滤波器。减小该电容值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度 变窄；太低还会使截止频率（fc1/(2*RL*Cout)）提高。分别测试，发现 10uF/4.7uF 最为合适，这是我的经验值。 7、电源的处理，也很关键。如果系统中有多组电源，由于电压不同、负载 不同以及并联的去耦电容不同，每组电源的上升、下降时间必有差异。非常可 行的方法：将上电、掉电时间短的电源放到+12V 处，选择上升相对较慢的电源 作为 LM386 的 Vs，但不要低于 4V，效果确实不错！ 15 第四章第四章 硬件设计硬件设计 4.14.1 总体电路设计总体电路设计 图 4-1 总体设计电路框图 本设计以 AT89S52 单片机为核心控制元件，利用单片机内部定时器产生音 频脉冲，经 LM386 功率放大电路放大音频信号后送到扬声器输出，通过独立式 按键识别输入，可以演奏 8 个不同的音符，并且单片机内置了 6 首不同的歌曲， 通过播放和停止按键可以进行音乐的循环顺序播放和停止，同时对应的 LED 灯 点亮，数码管显示相应的音阶。 16 4.24.2 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 图 4-2 单片机最小系统 （1） 单片机 9 脚接复位电路，可按复位按钮 S1 给单片机复位。 （2） 晶振采用 11.0592MHZ。 (3) 由于单片机只访问片内 Flash ROM 并执行内部程序存储器中的指令，因 此单片机的 31 脚接高电平 VCC。 4.34.3 LM386LM386 功放电路功放电路 17 图 4-3 LM386 功放电路 电路中可以通过电位器 R30 调整输入信号（音乐信号）的大小， LM386 的 1 脚 和 8 脚所接电容、电阻用于调节电路的闭环电压增益（即调节音量的大小） 。R 值越小，电压增益越大。输出端 5 脚所接 10 欧电阻和 0.1uf 电容组成阻抗校正 网络，抵消负载中的感抗分量，防止电路自激，有时也可以省去不用。 4.44.4 数码管显示电路数码管显示电路 图 4-4 数码管显示电路 18 数码管为共阳管，故数码管的 3 脚和 8 脚接 VCC，单片机输出低电平点亮数 码管，200 欧电阻 R19 到 R26 为限流电阻。 4.54.5 按键电路按键电路 图 4-5 按键电路 按按键 S1-S8，喇叭依次发出 1、2、3、4、5、6、7、8 等七个音符，按 S9 喇叭按顺序播放单片机内置的 6 首音乐，按 S10 停止播放。 19 4.64.6 按键指示灯电路按键指示灯电路 图 4-6 按键指示灯电路 按 S1-S8 按键，对应着点亮 D1-D8 彩灯。 4.7 音乐产生的方法音乐产生的方法 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。 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 P0.2 反相，然后重复计时再反相。就可在 P0.2 引脚上得到此频率的脉冲。 20 利用 AT89S52 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 4-7 所示)是： Nfi2fr 4-7 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/f r 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 4-8 所示 音符频率 （HZ） 简谱码 （T 值） 音符频率 （HZ） 简谱码 （T 值） 低 1 DO 26263628# 4 FA#74064860 #1 DO#27763731 中 5 SO 78464898 低 2 RE 29463835# 5 SO#83164934 #2 RE#31163928 中 6 LA 88064968 低 3 M 33064021# 693264994 低 4 FA 34964103 中 7 SI 98865030 # 4 FA#37064185 高 1 DO 104665058 低 5 SO 39264260# 1 DO#110965085 # 5 SO#41564331 高 2 RE 117565110 低 6 LA 44064400# 2 RE#124565134 # 646664463 高 3 M 131865157 低 7 SI 49464524 高 4 FA 139765178 中 1 DO 52364580# 4 FA#148065198 # 1 DO#55464633 高 5 SO 156865217 中 2 RE 58764684# 5 SO#166165235 # 2 RE#62264732 高 6 LA 176065252 中 3 M 65964777# 6186565268 中 4 FA 69864820 高 7 SI 196765283 表 4-8 音符频率表 21 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 4-9 所示） 曲调值 DELAY 曲调值 DELAY 调 4/4 125ms 调 4/4 62ms 调 3/4 187ms 调 3/4 94ms 调 2/4 250ms 调 2/4 125ms 表 4-9 曲调值表 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。 22 第五章第五章 软件设计软件设计 5.15.1 程序流程图程序流程图 开始 按键扫描 是否有按 键按下 是否有按 键按下 结束 指示灯亮 数码管显示 喇叭响音符 N Y Y N 延时 10ms 图 5-1 软件流程图 5.25.2 S1-S8S1-S8 按键识别程序按键识别程序 if(key1=0) Delay(100); 23 dowhile(key1=0); key=1; led=0 xfe; InitialSound(); Play(Music_1,0,3,360); if(key2=0) Delay(100); dowhile(key2=0); key=2; led=0 xfd; InitialSound(); Play(Music_2,0,3,360); if(key3=0) Delay(100); dowhile(key3=0); key=3; led=0 x7f; InitialSound(); Play(Music_3,0,3,360); if(key4=0) Delay(100