电子琴制作.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -I- 摘要 本文设计了一种基于单片机的电子琴的制作与实现。该设计利用单片机 控制定时/计数器 T0 来产生方波频率信号，每个频率信号对应不同音阶，分 别由对应的按键控制。另外，根据这个原理，把一首歌曲的音阶对应频率关 系弄出来，便可播放。因此，该电子琴不仅可以弹奏想要表达的音乐，而且 还可以播放预先存放的示例音乐。达到制作简易电子琴的目的，其硬件部分 难点在于元器件的选择、布局及焊接。 关键词 电子琴 ；单片机 ；按键 Abstract 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -II- This paper has designed a microcontroller based on the production and implementation of electronic keyboard. The design is the use of SCM control timer / counter T0 to generate the square wave frequency signal, each frequency signal corresponding to a different scale, respectively, by the corresponding button controls. In addition, according to this principle, the scale corresponds to a frequency between the songs get out, can play. Therefore, the organ can not only play the music you want to express, but also can play an example of a pre-stored music. To achieve the purpose of producing a simplified keyboard, which is difficult in hardware component selection, layout, and welding. Keywords electronic organ SCM Button 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -III- 目录 摘要摘要.I AbstractAbstract .II 第第 1 1 章章 绪论绪论.1 1.1 课题背景 .1 1.2 单片机概述 .1 1.3 课题的目的及意义 .2 1.4 课题的技术指标及功能要求 .2 第第 2 2 章章 系统概述系统概述.4 2.1 原始的电子琴系统 .4 2.2 嵌入式系统 .4 2.3 电子琴控制系统 .5 本章小结.6 第第 3 3 章章 系统芯片概述系统芯片概述.7 3.1 AT89S51 芯片 .7 3.2 X9C103 电位器 .8 3.3 数码管的功能 .9 3.4 74LS595 芯片 .10 本章小结.12 第第 4 4 章章 系统硬件设计系统硬件设计.13 4.1 系统的总体设计 .13 4.2 系统的时钟电路和复位电路 .14 4.3 稳压器和桥式整流器的连接图 .15 4.4 显示电路图 .16 4.5 音频系统 .17 4.6 按键电路图 .18 本章小结.19 第第 5 5 章章 系统软件设计系统软件设计.20 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -IV- 5.1 主程序流程图 .20 5.2 开关扫描程序 .21 5.3 显示程序流程图 .23 5.4 定时程序流程图 .25 5.5 音乐播放程序 .26 本章小结.28 第第 6 6 章章 系统功能测试实验系统功能测试实验.29 6.1 系统初始化状态 .29 6.2 系统自动播放状态 .29 6.3 系统按键播放 17 状态 .31 本章小结.32 结论结论.33 致谢致谢.34 参考文献参考文献.35 附录附录 1 1 译文译文 .36 附录附录 2 2 英文参考资料英文参考资料 .42 附录附录 3 3 程序实现代码程序实现代码 .56 附录附录 4 4 元件清单元件清单 .66 附录附录 5 5 整机原理图整机原理图 .67 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -1- 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎 渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的 提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越 快。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面 发展。下面是单片机的主要发展趋势。 单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思 想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能 用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制 技术，是传统控制技术的一次革命。虽然当前市场上的电子琴很完备，也很精 美，但是毕竟由于价格原因无法进入平常百家，而且庞大的身体也让人的携带 变得异常麻烦。所以这里我们可以用单片机芯片实现简单的一个电子琴，虽然 功能比不上市场上的，但是至少体积小，便于携带，而且价格便宜。用 16 个 按钮可以表示 16 个不同的音，互相混全就可以形成不同的音乐，且可以随便 弹奏想要表达的音乐。这种电子琴可以作为玩具供小孩子使用，至少让买不起 市场上电子琴的人也可以有一个小小的接触。 1.2 单片机概述 单片机是在一片半导体硅片上集成了微处理器（CUP） 、存储器 （RAM、ROM、EPROM）和各种 I/O 接口。这样一块集成电路芯片具有一台微型 计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机自 20 世纪 70 年代问世以来，已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、电力电子和机 电一体化设备等各个方面。 20 世纪 80 年代以来，单片机的发展非常迅速，世界上一些著名厂商投放 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -2- 市场的产品就有几十个系列，数百个品种，其中 Motorola 公司 6801、6802、Zilog 公司的 Z8 系列等。 20 世纪 80 年代中期以后，Intel 公司以专利转让的形式把 8051 内核技术 转让给了许多半导体芯片生产厂家，如 AMTEL、PHILIPS、DALLAS 公司等。这 些厂家生产的芯片是 MCS-51 系列的兼容产品，准确的说是与 MCS-51 指令系统 兼容的单片机。它们具有与 MCS-51 单片机相同的控制指令系统，且在某些方 面功能更加强大。 1.3 课题的目的及意义 全面复习 单片机的有关知识； 深刻了解 51 系列内部定时器的特点和作用； 掌握键盘设计的方法； 掌握单片机应用开发技巧； 能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认 识，独立对其进行检查与检测； 熟悉 8051 单片机的内部结构和功能，合理的使用其内部寄存器，能够 完成相关的软件编程及设计； 位实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故 障进行分析及及时修改； 对软件编程、排错调试、焊接技术及相关仪器设备的使用技能等方面得 到全面的锻炼和提高。 1.4 课题的技术指标及功能要求 设计成 7 个音； 可随意弹奏想要表达的音乐； 设置两个键（A 和 B）按 A 键的时候自动播出一首歌曲（兰花草） ，按 B 键播出另外一首歌曲（两只老虎） ； 按音量+键增大音量，按音量-减小音量。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -3- 第 2 章 系统概述 2.1 原始的电子琴系统 原始的电子琴系统基本上是通过人工操作来实现的，也就是功能单一，每 一个系统一般只能放一首同样的歌曲，没有调节音量的等功能。一首歌听多了， 人们就会产生厌恶感，一听都这首歌心情就好。这样就使的这个系统用户不段 的下降，即使是小孩都会觉的这个玩具很枯燥无味。由于单片机的出现，很多 工程师利用它设计出各式各样的电子琴的嵌入式系统。 2.2 嵌入式系统 嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备 或器材，它包括硬件和软件两部分。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微 处理器，存储器及外设器件和 I/O 端口，图形控制器等。嵌入式系统的核心是 嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备以下 4 个特点： 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应 时间，从而使内而代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模 块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储 区保护功能，同时也有利于软件诊断。 可扩展的处理器结构，能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式 微处理器。 嵌入式微处理器必须功耗最低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算 和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗达到 mW 甚至 uW 级。 目前技术比较成熟的是，单片机的嵌入式系统设计。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -4- 2.3 电子琴控制系统 本系统的设计思想主要是通过 AT89S51 完成对整个系统的控制，通过 P1 口完成设计矩阵开关，完成控制系统的所有功能。其中有两个键(A 和 B)，按 A 键的时候自动播出一首歌曲(兰花草)，按 B 键播出另外一首歌曲(两只老虎)。 有两个键分别是(+和-),其中按+表示增大音量，按-表示减少音量。其中还有 7 个键，是对应我们乐谱上 17 发出声音。可以用来简单的弹奏简单的歌曲。 本系统还增加一数码管，主要用来显示系统目前处在什么状态。可以让用户一 看就明白下一步该干什么。 本系统的 PCB 原本是采用一块板设计的，由于工产加工为了省钱，采用两 块板，其中一块板主要是单片机通用板，另外一块是按照我设计的原理图完成 的。电子琴系统模型如图 2-1 所示： 7 个 声音 控制 开关 AB 控制 开关 声音 控制 开关 电 子 琴 模 型 状态显示系统 声音控制系统 图 2-1 电子琴系统模型 本章小结 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -5- 本章主要阐述的是电子琴系统的概况，包括很早就开始使用的原始的电子 琴，嵌入式系统，及目前的电子琴系统。原始的电子琴系统阐述了其构造和发 展状况。嵌入式系统主要阐述其特点和发展。目前的电子琴系统主要阐述本次 设计的要实现的功能及本系统的的设计模型等。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -6- 第 3 章 系统芯片概述 3.1 AT89S51 芯片 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 的 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读存储器，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 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高 性价比的解决方案。其原理图如图 21 所示。AT89S51 具有如下特点：40 个 引脚，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（WDT）电 路，片内时钟振荡器。Features 功能特性：兼容 MCS-51 指令系统，32 个双向 I/O 口，2 个 16 位可编程定时/计数器，全双工 UART 串行中断口线，2 个外部 中断源，中断唤醒省电模式，看门狗（WDT）电路，灵活的 ISP 字节和分页编 程，4k 可反复擦写(1000 次）ISP Flash ROM，4.5-5.5V 工作电压，时钟频率 0-33MHz，128x8bit 内部 RAM，低功耗空闲和省电模式，3 级加密位，软件设置 空闲和省电功能，双数据寄存器指针。AT89S51 有如下特性： 与 MCS-51 兼容； 4K 字节可编程闪烁存储器 ； 寿命：1000 写/擦循环； 数据保留时间： 10 年； 全静态工作： 0Hz-24MHz； 三级程序存储器锁定 ； 1288 位内部 RAM； 32 可编程 I/O 线； 两个 16 位定时器/计数器； 5 个中断源； 可编程串行通道 ； 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -7- 低功耗的闲置和掉电模式 ； 片内振荡器和时钟电路 。 AT89S51 芯片原理图如图 3-1 所示： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 X TA L2 18 X TA L1 19 G ND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 A LE 29 PRO G 30 E A 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 V CC 40 AT89S51 图 3-1 AT89S51 芯片原理图 3.2 X9C103 电位器 X9C103 是固态非易失性电位器，把它用作数字控制的微调电阻器是理想的， X9C103 是一个包含有 99 个电阻单元的电阻阵列。在每个单元之间和二端点都 有可以被滑动访问的抽头点。滑动单元的位置由 CS，D/U 和 INC 三个输入端控 制。滑动端的位置可以被储存在一个非易失性存储器中，因而下一次上电工作 时可以被重新调整。X9C103 的分辨率等于最大的电阻值被 99 除。例如 X9C103(10K)的每个抽头间的阻值为 10.1。X9C103 的原理图如图 3-2 所示: 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -8- INC 1 U/D 2 VH/RH 3 GND 4 VW/RW 5 VL/RL 6 CS 7 VCC 8 图 3-2 X9C103 的原理图 3.3 数码管的功能 7 段 LED 数码管是利用 7 个 LED（发光二极管）外加一个小数点的 LED 组合 而成的显示设备，可以显示 09 等 10 个数字和小数点，使用非常广泛。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。如 图 3-3 所示： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -9- 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date:23-Dec-2009Sheet of File:C:Docum ents and SettingsAdm inistratorMy Docum ents业业业业业业业业electionic.ddbDrawn By: V CC 图 3-3 数码管共阳极与共阴极图 3.4 74LS595 芯片 74LS595 是 8 位串行输入转并行输出移位寄存器，595 是串入并出带有锁 存功能移位寄存器，它的使用方法很简单，在正常使用时 SCLR 为高电平， G 为低电平。从 SER 每输入一位数据，串行输入时钟 SCK 上升沿有效一次，直到 八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了 输出端。入时钟 SCK 上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升 沿有效一次，此时，输入的数据就被送到了输出端。74ls595 的原理图如图 3- 4 所示： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -10- G 13 RCK 12 SER 14 SRCLR 10 SRCK 11 QA 15 QB 1 QC 2 QD 3 QE 4 QF 5 QG 6 QH 7 QH1 9 U 3 图 3-4 74LS595 的原理图 74595 的数据端：QA-QH: 八位并行输出端，可直接控制数码管的 8 个段。 QH: 级联输出端。我将它接下一个 595 的 SI 端。SI: 串行数据输入端。74595 控制说明：/SCLR(10 脚): 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接 Vcc。SCK(11 脚)：上升沿时数据寄存器的数据移位。QA-QB-QC-.- QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V 时，大于几十纳秒就行了。 我通常都选微秒级）RCK(12 脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄 存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将 RCK 置为低点平，当移位结束 后，在 RCK 端产生一个正脉冲（5V 时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒 级），更新显示数据。/G(13 脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机 的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过 数据端移位控制要省时省力。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -11- 本章小结 本章的主要功能是介绍本系统设计时所使用到的芯片，及介绍每一个芯片 的功能和引脚。主要包括有单片机(AT89S51)，X9C103 电位器，7 段位数码管， 串行输入并行输出的 74LS595 等。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -12- 第 4 章 系统硬件设计 4.1 系统的总体设计 系统的原理图主要是通过 protel99se，设计出来的。整个系统布局简单， 易懂。 本系统整个硬件主要用到的芯片就是，Atmel 公司的 AT89s51 芯片，一个 数码管是共阳极的，桥式整流器，稳压器，X9C103 电位器，LM386，大功率蜂 鸣器，74ls595，开关若干，电容若干，电阻和导线若干。本系统的硬件原理 图如图 4-1 所示： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:23-Dec-2009Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator业业electionic.ddbDrawn B y: P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RE SET 9 P3.0 10 P3.1 11 P3.2 12 P3.3 13 P3.4 14 P3.5 15 P3.6 16 P3.7 17 XT AL2 18 XT AL1 19 GN D 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 AL E 29 PR OG 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VC C 40 AT89S51 J1 26PIN S1S2S3S4 S5S6S7S8 S9S10S11S12 P10 P11 P12 P14P15P16P17 P10 P11 P12 P14 P15 P16 P17 Y1 CR YSTA L C1 CA P C2 CA P S13 SW -PB C3 EL ECTR O1 VC C R3 RE SET RE SET 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 S1 SW -PB LS1 SPE AKE R C4 CA P C6 EL ECTR O1 R6 C7 CA P C9 EL ECTR O1 386 R11 D1 LE D VC C VC C INC 1 U/D 2 VH /RH 3 GN D 4 VW /RW 5 VL /RL 6 CS 7 VC C 8 D1 LE D a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LE D2 vcc 386 P37 1 2 3 4 D1 J2 业业业业业 Vin 1 GND 2 Vout 3 U2 VO LTRE G +C1 100uFC2 100uF +5V VC C G 13 RCK 12 SER 14 SRCLR 10 SRCK 11 QA 15 QB 1 QC 2 QD 3 QE 4 QF 5 QG 6 QH 7 QH1 9 U3 R1R2R5R3R4R5R6R7 VCC VC C VC C P3.4 P3.4 VC C 图 4-1 电子琴硬件原理图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -13- 4.2 系统的时钟电路和复位电路 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方 式。在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成 了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后， 就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路。图中， 电容器 CAP 起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 5-30pF。晶振 频率的典型值为 12MH2，采用 6MHz 的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟 情号比较稳定，实用电路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号 引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。 时钟电路是为了保证 AT89s51 能够按规律的完成指令的读取，指令的分析， 以及指令的执行的全过程。所以时钟电路是单片机的正常运行的前提。 MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST(全称 RESET)出现 2 个机器周期以上的 高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就处于循 环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和开 关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。 复位电路主要是完成当系统出现错误或意想不到的结果的时候，需要按复 位键使系统恢复到刚开始的时候。时钟电路和复位电路的连线图如图 4-2 所示： Y 1 CRY ST AL C1 CAP C2 CAP S13 SW-PB C3 E LE CT RO1 V CC R3 RESET X TA L1 X TA L2 图 4-2 时钟电路和复位电路的连线图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -14- 4.3 稳压器和桥式整流器的连接图 本系统电源的输入通过桥式整流器来保证电源的极性，以防止电源极性发 生变化，造成芯片的寿命减少或瞬间烧坏等情况。而本系统采用的稳压器是为 了保证把不稳定的输入电压调整为稳定的输出电压。也是为保证芯片能够在稳 定的电压下工作，以免电压不稳定造成输出意想不到的结果。系统的稳压器和 桥式整流器的连线图如图 4-3 所示： 1 2 3 4 D1 J2 业业业业业 Vin 1 GND 2 Vout 3 U2 VOLTREG +C1 100uFC2 100uF +5V VCC 图 4-3 电子琴的稳压器和桥式整流器连线图 4.4 显示电路图 本系统采用的是一个数码管作为显示电路的，当用户按 A 的时候，数码管 上就会对应显示 A，当按下 B 键的时候，数码管上就会对应显示 B。在当用户 按下当做乐谱的 7 个键的时候，数码管都会显示想对应的数字，如当用户按下 1，则数码管上面就会显示 1。数码管是与 74lS595 相连接，74ls595 是串行输 入并行输出芯片，才可以实现多个 595 级联完成对多位输入，其 8 倍位输出的 功能。显示电路上还在每位上增加了相应电阻，这些电阻的功能都是一样了， 是起到驱动作用，促使信号能够达到 LED 数码管亮。 数码管显示电路图如图 4-4 所示： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -15- 123456 A B C D 654321 D C B A Titl e Nu mberRev isionSize B Date:23-Dec-2009Sheet o f File:C:Do cuments an d Set tingsAd minis trator业业electioni c.ddbDrawn B y: a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LE D2 G 13 RCK 12 SER 14 SRCLR 10 SRCK 11 QA 15 QB 1 QC 2 QD 3 QE 4 QF 5 QG 6 QH 7 QH1 9 U3 R1R2R5R3R4R5R6R7 VCC P3.4 VC C 图 4-4 显示电路原理图 4.5 音频系统 本系统的音频主要是通过 X9C103（数字电位器）和 LM386(DIP)这两个芯 片控制。音频系统只要你输入播放字符所相对应控制字，就会发出所相对应的 声音，这个用法有点类是于数码管相对应哪个灯亮，哪个灯灭，最后形成的一 个所需要显示的字。音频系统的连线图如图 4-5 所示： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -16- 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 S1 SW-PB L S1 SPE AK E R C4 CAP C6 E LE CT RO1 R6 C7 CAP C9 E LE CT RO1 386 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 S1 SW-PB LS1 SPEAKER C4 CAP C6 ELECTRO1 R6 C7 CAP C9 ELECTRO1 386 INC 1 U/D 2 VH/RH 3 GND 4 VW/RW 5 VL/RL 6 CS 7 VCC 8 D1 LED vcc 386 P37 图 4-5 音频系统连线图 4.6 按键电路图 开关是用来完成人机交互这块啊，本系统主要是矩阵开关，由 P1 口来完 成对其的检查，P10，P11，P12 口是负责矩阵开关的横向检查， P14，P15，P16，P17 口负责矩阵开关的纵向检索。矩阵开关的原理就是，先检 索横向开关接口，当出现了有零信号时候，在去扫描纵向的开关来确定是哪个 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -17- 按键的。本系统各自按键的功能分别是，A，B 键分别是播放两首歌兰花草和两 只老虎。+，-键是用来调节音量的。17 键是用来谈奏音乐的。按键电路图如 图 4-6 所示： S1S2S3S4 S5S6S7S8 S9S10S11S12 P10 P11 P12 P14P15P16P17 图 4-6 按键电路原理图 本章小结 本章主要阐述的是本次设计的硬件系统，其中有硬件的详细连线图是用来 展示本次设计的整机原理模型；时钟电路和复位电路的连线及功能；稳压器和 桥式整流器的连线及功能；显示电路的模块连线图及功能；音频系统模块的连 线图及功能；按键电路的连线图及功能。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -18- 第 5 章 系统软件设计 5.1 主程序流程图 本系统的主程序首先是清除显示位，保证电源指示没有问题，即电源是接 通的。主程序没有定时器和显示初始化程序，而将此段程序放到相应的子程序 中去，确保没次调用都重新初始化一次，这样可以使显示无误。主程序的主要 功能是实现对开关的扫描，就是调用开关扫描子程序。主程序流程图如图 5-1 所示： 图 5-1 主程序流程图 主程序模型如下，但是并不一定跟源程序。 Void main() P3_3=0; timer1_initialize(); / led1=yin_l;/复位后显示音量 display(); Switch(); /与源程序的区别就是源程序区分的比较细，与源程序名字不 一样 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -19- 5.2 开关扫描程序 本系统主要设计了 11 个开关，有两个开关 A 和 B，其中当你按下开关 A 键 的时候系统会自动播放兰花草这首歌，当按下开关 B 的时候系统会自动播放两 只老虎这首歌。当你想调节音量只要按下+和-两个按键，就会相应的增加和减 少音量。当用户想弹奏歌曲的时候，可以按键盘上的 17 键，就可以完成简 单的弹奏了。其中歌曲的播放时间我们是通过定时器来完成，当你按下其中的 任何按键，定时器都会收到相应的初值。也就是播放歌曲的时候也同时调用了 定时器的程序模块，所以当定时器发生溢出产生中断的时候，系统自动播放就 会停止。开关扫描程序流程图如图 5-2 所示： 图 5-2 开关扫描程序流程图 开关扫描程序模块如下： /选曲 A B C key_0() 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -20- port=0 x0f; display(); key=port; if(key!=0 x0f) port=0 xf0; key1=port; delay(1); while(port!=0 xf0); delay(1); key=key|key1; switch (key) case 0 xee: if(yin_l1)yin_l-;led1=yin_l; for(spker=0;spker10;spker+) dec=0; cs=0; inc=1; inc=0; cs=1; inc=1; break; case 0 xed: break; case 0 xeb: cou=2;break; case 0 xe7: led1=3;break; case 0 xde:led1=4;break; case 0 xdd:led1=5;break; case 0 xdb:led1=6;break; case 0 xd7:led1=7;if(yin_l15)yin_l+;led1=yin_l; else led1=15; 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -21- for(spker=0;spker1; P10=CY; P11=0; P11=1; P14=0; P14=1; 注：程序中的 P10，P11,P14 分别对应单片机的 P3.4，P3.5，P3.6。其中 P10 为数据输入口。而本系统移位后是将标志位 cy 移动到 595 中的。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -23- 5.4 定时程序流程图 定时程序主要是为了完成对播放歌曲的定时，定时器的启动标志是 TRx 来 完成的，当有开关被按下的时候，系统就会随知启动定时器，并给其送相应的 定时器的值。定时器的程序流程图如图 5-4 所示： 图 5-4 定时器程序流程图 定时器程序模块如下： static void timer1_isr(void) interrupt TF1_VECTOR using 2 /TR0=0; TL1=low_note; /这边是送过来的定时器初值 TH1=hi_note; /TR1=1; P3_3=!P3_3; /初始化 static void timer1_initialize(void) EA=0; 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -24- TR1=0; TMOD=0X11; ET1=1; EA=1; ET0 =1; TH0=0; TL0=0; TR0=0; 5.5 音乐播放程序 系统完成开关扫描，确定有开关按下的时候，就会调用显示程序和音乐播 放程序，当音乐开始播放的时候也启动了定时器。由于音乐播放程序流程简单， 主要功能是为了完成音乐播放，所以在此就没有给出流程图，具体的程序模块 如下所示。 /音乐播放 void singing(unsigned char *son) unsigned char beat,temp; i=0; do temp=*son; if(temp=0) TR1=0; return; beat=temp temp=(temp4) if(temp=0) TR1=0; 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） -25- else hi_not