劳锦富%2B初级组电子琴.doc

题目：电子琴队长：劳锦富 08自动化2班队员：冯剑浩 08自动化2班王烨 08自动化2班一题目要求： 一、 设计任务设计制作一个电子琴。二、 设计要求1.基本要求：1）可以通过按键控制发音，能够发出1、2、3、4、5、6、7、i等八个音符；2）可以播放已存储的音乐；3）能够自动演奏多首（两首以上）乐曲，且演奏方式可选择（如重复播放或者顺序播放等）。2.扩展要求：1）可以发出八个以上的音符；2）进行音调、音量的选择；3）可以对编奏乐曲进行录音，在按下放音键时能演奏出来；4）其他。二实现功能1.通过键盘控制发出从低音3到高音4共16个音符2.可以通过键盘选择播放3首已存储的音乐3.能够以重复播放或顺序播放三首乐曲4.播放16个音符时相应的LED灯会亮5.播放歌曲时对应的每个音符的LED灯会亮三方案选择方案1：以AT89S52为芯片，实现形式以时间片来处理。简单说来，就是CPU分配给各个程序的时间,使各个程序从表面上看是同时进行的,而不会造成CPU资源浪费 在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序（在此设计中如播放歌曲，暂停，停止等），每个程序并行不悖，同时运行。但是在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。可以以T1为计时器来确定每个时间段，从而在每个时间段中判断是否有程序需要处理，相应做出反应。如在按下键盘时，需要以延迟来扫除振荡，此时可以跳出延迟，执行相应的外部程序，从而达到更加精简。方案2：以AT89S52为芯片，通过T0计时器确定各个音符的频率，以T1确定节拍时间，通过扫描键盘获得相应的处理值从而进行处理。最终选择：以方案2来处理。方案1更有效率，只是因为技术上方面的限制，无法很好实现此方案。方案2具有普遍性，虽然效率没有方案1高，但却更容易处理。四设计与认证主要原理：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。此电路使用单片机ATS89S52，晶振频率为12MHZ。通过T0计时器来产生方波频率，进而控制蜂鸣器的发声。通过4*4矩阵键盘确定输出16个音符。通过T1计时器来定义一首歌的节拍。算出高中低间符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示：音符频率T值音符频率T值低126263628高1104665058低229463835高2110965110低333064021高3131865157低434964103高4139765178低539264260高5156865217低644064400高6176065252低749464524高7196765283中152364580中258764684中365964777中4 69864820中578464898中688064968中798865030音符频率T值音符频率T值音符频率T值低音#127763731中音#155464633高音#1110965085低音#231163928中音#262264732高音#2124565134低音#437064185中音#474064860高音#4148065198低音#541564331中音#583164934高音#5166165235低音#646664463中音#693264994高音#6186565268流程图：硬件：矩阵键盘：矩阵键盘两端都与单片机I/O口相连，在检测时人为通过单片机I/O口送出低电平，检测时，先送一列为低电平，其余几列全为高电平，此时确定列数，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，则可确认当前被按下的键是哪一行哪一列的，用相同方法轮流送各列一次低电平，再轮流检测一次各行是否变为低电平，这样即可检测完所有的按键，当有键被按下时便可判断出按下的键是哪一个键。本实验以P3口做为矩阵键盘的扫描。独立键盘：独立键盘有一端固定为低电平，当按键按下时，输出口变为低电平，便可确定是否有键按下。本实验以P1.1-P1.7为独立键盘，分别控制四首歌的播放以及播放顺序。LED灯：本实验通过16个I/O口控制16个LED灯。输出口为P0,P2. 当用作输出，所有口线的状态都与SFR锁存位的设置有密切的联系。 P0口为低除外。当P0口的一个位写入0时，这个位被拉低。但是对P0口的其中一个位写入1时，这个位呈现高阻（高阻浮空状态），也就是未能连机，不能使用。要想获得1输出，你必须在P0口外加上拉电阻。补充：一些口线被作为简单的高电平输入也与SFR锁存位有关。因为P1、P2、P3有内部上拉电阻，可以随意被拉高，拉低。而P0口作为高电平输入时，也会呈现高阻态。 P0没有内部上拉电阻，在驱动场效应管的上方有一个提升场效应管，它只是在对外存储器进行读写操作，用作地址/数据时才起作用，当向位锁存器写入1，使驱动场效应管截止，则引脚浮空，所以写入1而未获得。用P0口驱动led，用1K左右的就行了。要想LED亮度大一些，电阻要减小，最小不要小于200欧姆，否则电流太大。对于P2口，可以对每个LED灯串联上一个1K电阻。扬声器：以P1.0作为扬声器输入口，扬声器功率为0.5W，电阻8欧。通过两级放大电路以驱动扬声器。放大电路通过两个8050NPN三极管实现。电路图如下。其中串联电阻可以不用接上。软件：仿真部分：用PROTEUS进行软件仿真，鉴于软件仿真情况跟现实有较大的区别，在软件仿真中没有误差的存在。于是在扬声器电路中只需短接扬声器，不需要使用三极管放大。LED灯所接的电阻也不需要为1K，可以空间LED灯，而本设计加上50欧的电阻。软件仿真电路图如下：制作电路板：用ALTIUM DESIGNER进行电路板制作，主要原理图如下：PCB制板电路图如下：六测试数据及分析电路板制作后，由于转印过程中有导线未能很好复印，导致导线有断路的情况。因此用万用表二极管测各条导线是否导通，用于断线的电路用导线连接上。一开始由于对扬声器的驱动没有很好的把握，设计只用一个三极管驱动，后来发现供电电压不够大，无法驱动扬声器。于是加上一万表板，用两个三极管放大电流用来驱动扬声器。接上电源之后，电源灯亮，电路导通。各个功能的尝试，跟设计预期效果一样。设计程序：unsigned int code table=64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110,65110; /低音3到高音4 16个音T值 unsigned int code tmusic=0,63628, 63835, 64021, 64103, 64260, 64400, 64524, 0, 0, 0, / 低64580, 64684, 64777, 64820, 64898, 64968, 65030, 0, 0, 0, / 中65058, 65110, 65157, 65178, 65217, 65252, 65283, 0, 0, 0, / 高63731, 63928, 64021, 64186, 64331, 64463, 64524, 0, 0, 0, / 低升半64633, 64732, 64777, 64860, 64934, 64994, 65030, 0, 0, 0, / 中升半65085, 65134, 65157, 65198, 65235, 65258, 65283 ; / 高升半unsigned int code music11= 64777,64777,64820,64898, 64898,64820,64777,64684, 64580,64580,64684,64777, 64777,64684,64684,64684, 64777,64777,64820,64898, 64898,64820,64777,64684, 64580,64580,64684,64777, 64684,64580,64580,64580, 64684,64684,64777,64580, 64684,64777,64820,64777,64580, 64684,64777,64820,64777,64684, 64580,64684,64260,64260, 64777,64777,64820,64898, 64898,64820,64777,64820,64684, 64580,64580,64684,64777, 64684,64580,64580,0 ; /定义第一首歌频率 unsigned char code music12=10,10,10,10, 10,10,10,10, 10,10,10,10, 10,10,10,5, 10,10,10,10, 10,10,10,10, 10,10,10,10, 10,10,10,5, 10,10,10,10, 10,5,5,10,10, 10,5,5,10,10, 10,10,10,5, 10,10,10,10, 10,10,10,5,5, 10,10,10,10, 10,10,10,10; /定义第一首歌节拍时间 unsigned int code music21=64968,64777,64820,64898,64898,64898,65898,64777,64820,64898,64898,64898,64898,64777,64820,64898,64898,64898,65058,65110,65030,65030,64777,64898,64898,647898,64968,65157,65157,65110,65110,65110,65110,64777,64898,65110,65110,65110,65058,65058,65058,65058,65058,64777,64820,65058,65058,65058,65110,65157,65058,65058,65030,65030,65058,64820,65058,65058,65058,65110,65157,65058,65058,65058,64968,65110,65110,64898,65110,65127,65127,65110,65110,65110,65058,65058,65110,65157,64968,65058,65058,0;unsigned char code music22=20,20,12,12,12,12,20,20,12,12,12,12,20,20,12,12,12,12,12,12,20,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,20,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,20,12,12,12,12,12,12,12,12,12,20,12,12,12,12 ;unsigned int code music31= 64580,64684, 64777,64777,64684,64580, 64777,64684,64400, 64580,64580,64524,64580, 64400,64400,64580, 64524,64524,64400,64260, 64524,64524,64260, 64400,64400,64580,64524,64580, 64400,64580,64684, 64777,64777,64898,64898,64684, 64684,64777,64684,64524,64580, 64684,64684,64777,64684,64580, 64524,64580,64400,64400,64580, 64524,64524,64400,64260, 64524,64524,64260, 64400,64400,64580,64524,64580, 64400,64580,64684, 64777,64820,64777, 64684,64524,64580, 64684,64684,64777, 64580,64400,64524, 64580,64580,64524,64400,64580, 64524,64524,64260, 64777,64777,64777, 64777,64580,64684, 64777,64777,64898, 64684,64524,64580, 64684,64684,64777, 64580,64400,64524, 64580,64580,64524,64400,64580, 64524,64524,64260, 64400,64400,0 ;unsigned char code music32=10,10, 20,10,10,20, 20,10,10, 20,20,10,10, 20,10,10, 20,10,10,20, 20,10,10, 20,10,10,10,10, 20,10,10, 20,10,10,10,10, 10,10,20,10,10, 20,10,10,10,10, 10,10,20,10,10, 20,10,10,20, 20,10,10, 20,10,10,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10,10,10, 20,20,20, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10, 20,10,10,10,10, 20,20,20, 20,10 ;#include #includemusic.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar sth0,stl0; /用于存储TH0以及TL0的值 uint i,flag,b,j,y; /b值用于读取每个音符值sbit sounder=P10; / 蜂鸣器端 sbit music1=P11; /低电位时播放歌曲1 sbit music2=P12; /低电位时播放歌曲2 sbit music3=P13; /低电位时播放歌曲3 sbit shunxu=P14; /低电位时按顺序播放歌曲 sbit chongfu=P15; /低电位时重复播放歌曲 sbit yindiao=P16; /选择音调的不同 sbit stop=P17; /低电位时暂停播放歌曲 uchar k,play_flag; /K为确定独立键盘按下的,用于确定16个音符中某一个。play_flag为确定播放歌曲uchar pause;/播放歌曲时，有按键输入则跳出播放 ，为1时确定暂停uchar replay_flag; /循环播放时值为0，初定义为1 void delayms(uint xms); /延时程序，用于消除振荡 void keyscan(); /扫描矩阵键盘，确定按下音符值 void keyscan1(); /扫描独立键盘，进行相关程序 void changeyin()if(yindiao=0)delayms(10);if(yindiao=0)y=y+16;switch(y)case 16:P0=0xff;P2=0x00;while(yindiao=0);break;case 32:P2=0xff;P0=0x00;while(yindiao=0);break;case 48:P0=0xff;P2=0xff;while(yindiao=0);y=0;break; void main()P0=0;P2=0; /关闭所有LED灯TMOD=0x11; /确定工作方式 EA=1; /开总开断 ET0=1;replay_flag=0;TH1=(65535-25000)/256;TL1=(65535-25000)%256;ET1=1;TR1=1; while(1) changeyin();keyscan();keyscan1();while(play_flag=1)b=0;flag=0;i=0;switch(k)case 1:sth0=music11b/256;stl0=music11b%256;TH0=sth0;TL0=stl0;TR0=1;while(music11b!=0&pause!=1)sth0=music11b/256;stl0=music11b%256;if(flag=1)sth0=music11b/256;stl0=music11b%256;flag=0;keyscan();P0=0;P2=0;switch(music11b)case 64021:P0=0x01;break;case 64103:P0=0x02;break; case 64260:P0=0x04;break;case 64400:P0=0x08;break;case 64524:P0=0x10;break;case 64580:P0=0x20;break;case 64684:P0=0x40;break;case 64777:P0=0x80;break;case 64820:P2=0x80;break;case 64898:P2=0x40;break;case 64968:P2=0x20;break;case 65030:P2=0x10;break;case 65058:P2=0x08;break;case 65110:P2=0x04;break;case 65157:P2=0x02;break;case 65178:P2=0x01;break;TR0=0;P2=0;P0=0;if(j=1) play_flag=1;k=2;j=2;delayms(1000);else play_flag=replay_flag;delayms(1000);break;case 2: sth0=music21b/256;stl0=music21b%256;TH0=sth0;TL0=stl0;TR0=1;while(music21b!=0&pause!=1)sth0=music21b/256;stl0=music21b%256;if(flag=1)sth0=music21b/256;stl0=music21b%256;flag=0;keyscan();P0=0;P2=0;switch(music21b) case 64021:P0=0x01;break;case 64103:P0=0x02;break; case 64260:P0=0x04;break;case 64400:P0=0x08;break;case 64524:P0=0x10;break;case 64580:P0=0x20;break;case 64684:P0=0x40;break;case 64777:P0=0x80;break;case 64820:P2=0x80;break;case 64898:P2=0x40;break;case 64968:P2=0x20;break;case 65030:P2=0x10;break;case 65058:P2=0x08;break;case 65110:P2=0x04;break;case 65157:P2=0x02;break;case 65178:P2=0x01;break;TR0=0;P0=0;P2=0;if(j=2)play_flag=1;k=3;j=3;delayms(1000);elseplay_flag=replay_flag;delayms(1000);break;case 3: sth0=music31b/256;stl0=music31b%256;TH0=sth0;TL0=stl0;TR0=1;while(music31b!=0&pause!=1)sth0=music31b/256;stl0=music31b%256;if(flag=1)sth0=music31b/256;stl0=music31b%256;flag=0;keyscan();P0=0;P2=0;switch(music31b) case 64021:P0=0x01;break;case 64103:P0=0x02;break; case 64260:P0=0x04;break;case 64400:P0=0x08;break;case 64524:P0=0x10;break;case 64580:P0=0x20;break;case 64684:P0=0x40;break;case 64777:P0=0x80;break;case 64820:P2=0x80;break;case 64898:P2=0x40;break;case 64968:P2=0x20;break;case 65030:P2=0x10;break;case 65058:P2=0x08;break;case 65110:P2=0x04;break;case 65157:P2=0x02;break;case 65178:P2=0x01;break;TR0=0;P0=0;P2=0;if(j=3)play_flag=1;k=1;j=1;delayms(1000);elseplay_flag=replay_flag;delayms(1000);break;case 4:k=1;j=1; delayms(200);break; void keyscan1()if(music1=0)delayms(10);if(music1=0)k=1;pause=0;play_flag=1;if(music2=0)delayms(10);if(music2=0)k=2;pause=0;play_flag=1;if(music3=0)delayms(10);if(music3=0)k=3;pause=0;play_flag=1;if(chongfu=0)delayms(10);if(chongfu=0)pause=0;replay_flag=1;if(shunxu=0)delayms(10);if(shunxu=0) k=4;pause=0;play_flag=1;void T1_time() interrupt 3TH1=(65535-25000)/256;TL1=(65535-25000)%256;i+;switch(k)case 1:if(i=music12b)b+;flag=1;i=0;break;case 2:if(i=music22b)b+;flag=1;i=0;break;case 3:if(i=music32b)b+;flag=1;i=0;break; void T0_time() interrupt 1TH0=sth0;TL0=stl0;sounder=sounder;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void keyscan()uchar temp,key;P3=0xfe; /扫描第一行键盘 temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delayms(10);temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xee: /第一列,第四行键盘按下 key=12;pause=1;P2=0x08;break; case 0xde:/第二列,第四行键盘按下 key=13;pause=1;P2=0x04;break; case 0xbe: /第三列,第四行键盘按下 key=14;pause=1;P2=0x02;break; case 0x7e:/第四列,第四行键盘按下 key=15;pause=1;P2=0x01;break;temp=P3; sounder=sounder; sth0=tablekey+y/256; stl0=tablekey+y%256; /对计时器赋初值 TH0=sth0; TL0=stl0; TR0=1; /打开计时器1 temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0)/确认松开键盘 temp=P3; temp=temp&0xf0;P2=0; TR0=0;/关闭计时器 P3=0xfd; /扫描第二行键盘 temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delayms(10);temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P3;switch(temp)case 0xed: /第一列,第三行键盘按下 key=8;pause=1;P2=0x80; /LED9亮break; case 0xdd: /第二列,第三行键盘按下 key=9;pause=1;P2=0x40; /LED10亮break; case 0xbd: /第三列,第三行键盘按下 key=10;pause=1;P2=0x20; /LED11亮break; case 0x7d: /第四列,第三行键盘按下 key=11;pause=1;P2=0x10; /LED12亮break;temp=P3; sounder=sounder; sth0=tablekey+y/256; stl0=tablekey+y%256; /对计时器赋初值 TH0=sth0; TL0=stl0; TR0=1; temp=temp