超级电子琴课程设计.doc

课程设计工作内容与基本要求1设计任务 电子琴是利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音，且结果用LCD屏显示出来。2. 设计要求2.1系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus绘制整个系统电路原理图。2.2软件设计根据该系统要求的功能进行软件设计，绘制整个系统的软件流程图；根据流程图编写程序并汇编调试通过；列出软件清单，软件清单要求逐条加以注释。2.3 Proteus仿真用Proteus对系统进行仿真并进行软硬件调试。2.4 编写设计说明书内容包括任务书、设计方案分析、硬件部分设计、软件部分设计、调试结果整理分析、设计调试的心得体会等，字数不少于4000字；硬件部分设计要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明；软件设计部分要绘制整个系统及各部分的软件流程图，列出程序清单，逐条加以注释，并在各功能块前加程序功能注释。4工作计划 序号设计内容所用时间1布置任务及调研2天3制作与调试4天4撰写设计报告书1天合 计7天5主要参考资料单片机课程设计指导书 皮大能 北京理工大学出版社2010.78051单片机实践与应用 吴金戎 清华大学出版社2003.8单片机技术基础教程与实践 夏路易 电子工业出版社2008.1MCS-51单片机原理接口及应用王质朴 北京理工大学出版社2009.11基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例 蒋辉平 机械工业出版社 2009.7 指导老师签字: 日 期:目录1 引 言11.1电子琴概述1 1.2本设计任务12 总体方设计12.1 播放模块12.2按键控制模块22.3总体硬件组成框图2 2.4 系统硬件设计22.4.1 中心控制模块的硬件设计22.4.2播放模块的硬件设计32.4.3 LCD液晶显示电路设计与原理32.4.4按键控制模块的硬件设计4 2.5 系统的软件设计52.5.1 下位机软件流程52.5.2电子琴汇编程序63 系统调试与测试结果分析103.1 使用的仪器仪表103.2 系统调试113.3 测试结果12参考文献131 引 言 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8个按键和扬声器。 1.1电子琴概况 电子琴有简易电子琴(玩具琴)和高档电子琴(教学琴,演奏琴)两大类。简易电子琴是指采用分立元件（目前已不多见）或采用中小规模集成电路的电子琴。这类电子琴成本较低，音色较差、音准不佳且故障率较高，而采用大规模集成电路的简易电子琴的音色、音准和可靠性都有较大的改善。1.2 本设计任务利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。2 总体方案设计本系统采用单片机AT89C51为电子琴的控制核心，系统主要包括播放模块、按键控制模块。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1自动播放歌曲程序 检测到按键按下的是自动播放歌曲功能键后执行该程序，电子琴会自动播放事先已经存放好的歌曲，歌曲播放完毕之后自动返回至键盘扫描程序，继续等待是否有键按下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1个作为模式转换按键，实现用户自弹作曲。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，跳转到对应的程序人口，实现自编歌曲。键盘扫描程序： 检测是否有键按下，有键按下则记录按下键的键值，并跳转至功能转移程序；无键按下，则返回键盘扫描程序继续检测。2.3 总体硬件组成框图按键控制模块播放模块 喇叭中心控制模块 AT89C51 按 键 状 态 图2-1 总体硬件组成框图 2.4系统硬件设计 为使该模块化电子琴控制系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块三大模块。2.4.1 中心控制模块的硬件设计本次设计中中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。其中P3.7口作为输入口，连接蜂鸣器驱动电路，而P1口连接按键控制电路， 从而实现播放音乐的功能，P0口用LCD屏显示输出结果。2.4.2 播放模块的硬件设计如下图所示,播放模块其实就是喇叭,它接到P3.7口上当有按键按下时,它就会发出声音.图 3-1 播放模块硬件连接图2.4.3 LCD1602液晶显示电路设计与原理工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源。VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。Proteus7.7中的1602液晶只有14个引脚，少了背光电源的两根引脚，完全兼容。本设计中，液晶的数据口与单片机的P0口相连。 2.4.4 按键控制模块的硬件设计在P1口连有7个按键它们一端接5伏电源,一端接地.在仿真时,只要有一个键被按下,并被单片机扫描到,则会使播放器发出声音.图3-2按键控制电路图P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口， P3口引脚 特殊功能 P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 （外部中断0） P3.3 （外部中断1） P3.4 T0（定时器0外部输入） P3.5 T1（定时器1外部输入） P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD（外部数据存储器读先通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号2.5 系统的软件设计软件是该电子琴控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。2.5.1 下位机软件流程本系统中下位机（单片机89C51）的主要功能就是实现音乐播放功能。其主程序流程如图4-1所示。图4-1 软件程序流程图2.5.2电子琴汇编程序 /*- 名称：电子琴 内容：8个按键控制8个音符 -*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int #define KeyPort P1#define comm 0#define dat 1/*- 变量-*/uchar High,Low; /定时器预装值的高8位和低8位sbit SPK=P37; /定义喇叭接口sbit tab=P26; /功能键sbit RS=P20;/液晶数据命令选择sbit RW=P21;/液晶读写选择sbit EN=P22;/液晶使能端uchar code freq2= 0xD8,0xF7,/00440HZ 1 0xBD,0xF8,/00494HZ 2 0x87,0xF9,/00554HZ 3 0xE4,0xF9,/00587HZ 4 0x90,0xFA,/00659HZ 5 0x29,0xFB,/00740HZ 6 0xB1,0xFB,/00831HZ 7 0xEF,0xFB,/00880HZ 1;uchar Time; uchar code YINFU91= ,1,2,3,4,5,6,7,8; /世上只有妈妈好数据表uchar code MUSIC= 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 ; / 音阶频率表 高八位uchar code FREQH= 0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8, 0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE, 0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF, ; / 音阶频率表 低八位uchar code FREQL= 0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6, 0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D, 0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16, ;uchar code dis1210=electronic,organ; /*- 函数声明-*/void Init_Timer0(void);/定时器初始化/*- 延时函数大约约2*z+5us-*/void delay2xus(uchar z) while(z-);/*- 延时函数大约约1ms-*/void delayms(uchar x) while(x-) delay2xus(245); delay2xus(245); /*- 1602液晶写命令comm/数据dat-*/void lcd_wr(uchar comm_dat,uchar xdat) RS=comm_dat; RW=0; delay2xus(10); P0=xdat; EN=1; delayms(1); EN=0;/*- 1602液晶写字符串命令-*/void lcd_string(uchar add,uchar mun,uchar *pstring) lcd_wr(comm,0x80+add); while(mun-) lcd_wr(dat,*(pstring+);/*- *1602初始化*-*/void lcd_init() P0=0x00; EN=0; lcd_wr(comm,0x38); delayms(2); lcd_wr(comm,0x0c); delayms(1); lcd_wr(comm,0x06); delayms(1); lcd_wr(comm,0x01);/*- 节拍延时函数 各调1/4节拍时间： 调4/4 125ms 调2/4 250ms 调3/4 187ms-*/void delayjie(uchar t) uchar i;for(i=0;it;i+) delayms(250); TR0=0; /*- 歌曲处理函数-*/void Song() TH0=High;/赋值定时器时间，决定频率 TL0=Low; TR0=1; /打开定时器 delayjie(Time); /延时所需要的节拍 /*- 主函数-*/void main (void) uchar num,k,i; lcd_init(); lcd_string(0,10,dis10);/ 开机画面 lcd_string(11,5,dis11);/开机画面 Init_Timer0(); /初始化定时器0，主要用于数码管动态扫描 SPK=0;/在未按键时，喇叭低电平，防止长期高电平损坏喇叭 lcd_string(0x40+2,5,NOTE:); while (1) switch(KeyPort) case 0xfe:num= 1;break; case 0xfd:num= 2;break; case 0xfb:num= 3;break; case 0xf7:num= 4;break; case 0xef:num= 5;break; case 0xdf:num= 6;break; case 0xbf:num= 7;break; case 0x7f:num= 8;break; default:num= 0;break; lcd_string(0x40+7,1,YINFUnum); if(num=0) TR0=0; SPK=0; /在未按键时，喇叭低电平，防止长期高电平损坏喇叭 else High=freqnum-11; Low =freqnum-10;TR0=1; if(tab=0) delayms(10); if(tab=0) i=0; while(i100) k=MUSICi+7*MUSICi+1-1;/去音符振荡频率所需数据 High=FREQHk; Low=FREQLk; Time=MUSICi+2; /节拍时长 i=i+3;if(P1!=0xff)/长按任意8音键退出播放 delayms(10); if(P1!=0xff) i=101; Song(); TR0=0; /*- 定时器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x01; /使用模式1，16位定时器，使用|符号可以在使用多个定时器时不受影响 EA=1; /总中断打开 ET0=1; /定时器中断打开/*- 定时器中断子程序-*/void Timer0_isr(void) interrupt 1 TH0=High; TL0=Low; SPK=!SPK;3 系统调试与测试结果分析3.1 使用的仪器仪表 单片机仿真器KEILC蜂鸣器 LS13.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：中心控制模块的调试，音乐播放模块的调试，按键控制模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。3.2.1硬件调试 硬件调试主要是针对单片机部分进行的调试。在上电之前，先确保电路中不存在断路或短路情况。这一工作时整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来完成检测电路中是否存在短路或断路的情况的任务。注