电子琴音乐产生原理及硬件设计-论文

电子琴音乐产生原理及硬件设计电子琴音乐产生原理及硬件设计 论文论文 电子琴音乐产生原理及硬件设计 目 录 摘要 3 前言 3 1 设计课题 4 1 1 课题设计的要求 4 1 2 课题设计的目的 4 2 电路结构及工作原理 4 2 1 系统硬件图及流程图 5 2 2 音乐产生原理及硬件设计 5 3 软件的设计 6 3 1 设计方案1 6 3 2 设计方案2 7 4 扩展功能 9 4 1 扩展功能 9 结束语 11 致谢 12 参考文献 13 单片机电子琴的设计 摘 要 专业课程设计作为大学阶段学习知识的一个检验 培养了我们的动手能力以及 独立思考设计的能力 也是大学培养的一个重要实践步骤 设计初期 我们通过 网络 图书馆等资源查找到利用单片机设计制作电子琴的相关信息 对不同的方 案进行细致的分析比较 并且按照题意与实际情况进行改进 使之符合要求 最 终确定了成熟的方案 设计过程中发现的一些问题通过分析研究得到的解决 此 次课程设计巩固了大学阶段学习的理论知识 增强了动手实践能力 关键字 单片机 电子琴 前言 单片机知识简述 单片机是随着大规模集成电路的出现极其发展 将计算机的CPU RAM ROM 定时 计数器和多种I O接口集成在一片芯片上 形成了芯片级的计算机 因此单 片机早期的含义称为单片微型计算机 single chipmicrocomputer 它拥有优异的性价比 集成度高 体积小 可靠性高 控制功 能强 低电压 低功耗的显著优点 主要应用于智能仪器仪表 工业检测控制 机 电一体化等方面 并且取得了显著的成果 单片机应用系统可以分为 1 最小应用 系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统 这种系统成本低廉 结构简单 常构成一些简单的控制系统 如开关状态的输入 输出控制等 片内有ROM EPR OM的单片机 其最小应用系统即为配有晶振 复位电路 电源的单个单片机 片 内无ROM EPROM的单片机 其最小应用系统除了外部配置晶振 复位电路 电 源外 还应外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用 2 最小功耗应用系统是 指为了保证正常运行 系统的功耗最小 3 典型应用系统是指单片机要完成工业 测控功能所必须的硬件结构系统 系统功能简介 本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计 达到电子琴固有的 基本功能 故叫简易电子琴 利用定时器可发出不同频率的脉冲 不同频率的脉 冲经喇叭驱动电路放大滤波后 就会发出不同音调 其次 定时器按设置的定时 参数产生中断 这一次中断发出脉冲低电平 下一次反转发出脉冲高电平 由于 定时参数不同 就发出不同频率的脉冲 本设计中按键一次 会发出50个脉冲 松开后随之延时10个脉冲 但在延时的10个脉冲期间继续检测键盘 若此时又有 键被按下 若被按下的仍为原键则声音不变 否则键盘会译出被按下的另一个键 的音调 1 设计课题 1 1 设计题目 设计一简易电子琴 要求能够发出1 2 3 4 5 6 7等七个音符并能弹奏一首完 整的歌曲 使用元件 AT89C51 LM324 喇叭 按键等 1 2 设计目的 1 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 立对其进行测试与检查 2 熟悉8051单片机的内部结构和功能 合理使用其内部寄存器 能够完成相关 软件编程设计工作 3 为实现预期功能 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 及时修改相关软硬件 4 对软件编程 排错调试 焊接技术 相关仪器设备的使用技能等方面得到较全 面的锻炼和提高 2 电路结构及工作原理752 电子琴音乐产生原理及硬件设计 2 1系统硬件图 流程图 2 2音乐产生原理及硬件设计 由于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 本次设计中单片机晶振为12MHZ 假如选择工作方式1 那T值便为T 216 5 105 相应的频率 那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值 列出 不同音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示 音符 频率 HZ 简谱码 T值 中 1 DO 523 64580 中 2 RE 587 64684 中 3 M 659 64777 中 4 FA 698 64820 中 5 SO 784 64898 中 6 LA 880 64968 中 7 SI 988 65030 采用查表程序进行查表时 可以为这个音符建立一个表格 有助于单片机通过查 表的方式来获得相应的数据 TABLEDW64580 64684 64777 64820 64898 64968 65030 3 软件的设计 3 1设计方案1 源程序 方案一 产生按键音符 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP BREAK MAIN MOV TMOD 01H 设置定时器0的工作方式 SETB EA SETB ET0 设置定时器0中断 SETB TR0 启动定时器0 WAIT1 LCALL KEY 调用KEY子程序 判断有键按下否 第几个键 CLR EA 屏蔽中断 CJNE R3 00H WAIT1 如果R3 0 表示有键按下 MOV A 22H 将22H里存放的按键号送给A RL A 因为查表里都是字 所以得乘2查得数据 MOV DPTR TABLE 指向表头 MOVC A A DPTR 查表 MOV TH0 A 将数据高位送TH0 MOV 21H A 将高位备份 MOV A 22H 将22H里存放的按键号送给A RL A 因为查表里都是字 所以得乘2查得数据 INC A 取低位数据 MOVC A A DPTR MOV TL0 A MOV 20H A WAIT2 LCALL KEY SETB EA CJNE R3 00H WAIT1 JMP WAIT2 KEY MOV R3 00H KEY子程序 判断有键按下否 第几个键 MOV R1 0FFH MOV R0 00H MOV A R1 MOV P2 A MOV A P2 CLR C CPL C 利用标志位CY来判断是哪个键按下 MOV R2 08H WAIT3 RLC A 移位判断 JNC STORE INC R0 DJNZ R2 WAIT3 STORE MOV 22H R0 将按键号存22H R3 0有键按下 MOV R3 00H RET BREAK PUSH ACC 中断产生方波 从P1 0口输出 PUSH PSW MOV TL0 20H MOV TH0 21H CPL P1 0 POP PSW POP ACC RETI TABLE DW 65030 64968 64898 64820 64777 64684 64580 7 6 5 4 3 2 1 END 3 2设计方案2 方案二 产生按键音符 ORG 0000H SJMP START ORG 000BH AJMP INT 0 ORG 0030H START MOV P1 00H SETB EA SETB ET0 计数器0 MOV TMOD 02H MOV TH1 09CH MOV TL1 09CH 定时器初植 CLR TR0 定时器不允许 SCAN 键盘扫描 MOV A P2 判断键盘按下 跳到SCAN 1 若未按 继续扫描 CJNE A 0FFH SCAN 1 NOP 电子琴音乐产生原理及硬件设计 SJMP SCAN SCAN 1 ACALL DELAY 是不是真的要按下 如果是 则跳转SU KEY查询是哪个按下 MOV A P2 CJNE A 0FFH SU KEY NOP SJMP SCAN SU KEY JNB P2 1 MU 1 判断是哪个键按下 JNB P2 2 MU 2 JNB P2 3 MU 3 JNB P2 4 MU 4 JNB P2 5 MU 5 JNB P2 6 MU 6 JNB P2 7 MU 7 SJMP SCAN R1信号周期 MU 1 MOV R1 19 如果第一个按键按下 则R1 19 同时程序转NEXT SJMP NEXT MU 2 MOV R1 17 SJMP NEXT MU 3 MOV R1 15 SJMP NEXT MU 4 MOV R1 14 SJMP NEXT MU 5 MOV R1 13 SJMP NEXT MU 6 MOV R1 11 SJMP NEXT MU 7 MOV R1 10 SJMP NEXT NEXT MOV A R1 MOV R0 A SETB TR0 启动定时器0 NEXT 1 MOV A P2 没键按下继续执行 有键按下 返回读引脚 CJNE A 0FFH NEXT 1 ACALL DELAY MOV A P2 真的没键按下 CJNE A 0FFH NEXT 1 CLR TR0 不响 AJMP SCAN 扫描键盘去 INT 0 中断程序 DJNZ R0 RE R0不等于0时 返回 CPL P1 0 MOV A R1 MOV R0 A RE RETI DELAY MOV R7 100 延长时间等待 键盘消抖 D1 MOV R6 10 D2 DJNZ R6 D2 DJNZ R7 D1 RET END 4 扩展功能及收获体会 4 1扩展功能 生日快乐歌 扩展功能部分程序 ORG 0000H JMP MAIN ORG 000BH JMP TT0 MAIN MOV TMOD 01H 设置定时器0工作方式 MOV IE 82H 设置中断 MAIN0 MOV 30H 00H NEXT MOV A 30H MOV DPTR TABLE 查表 MOVC A A DPTR MOV R2 A JZ STOP ANL A 0FH MOV R5 A MOV A R2 SWAP A ANL A 0FH JNZ SING CLR TR0 JMP W1 SING DEC A MOV 22H A RL A MOV DPTR TABLE1 查表 MOVC A A DPTR MOV TH0 A MOV 21H A MOV A 22H RL A INC A MOVC A A DPTR MOV TL0 A MOV 20H A SETB TR0 W1 CALL DELAY INC 30H JMP NEXT STOP CLR TR0 JMP MAIN0 电子琴音乐产生原理及硬件设计 TT0 PUSH ACC 中断服务程序 PUSH PSW MOV TL0 20H MOV TH0 21H CPL P1 0 POP PSW POP ACC RETI DELAY MOV R7 2 延时187ms W2 MOV R4 187 W3 MOV R3 248 DJNZ R3 DJNZ R4 W3 DJNZ R7 W2 DJNZ R5 DELAY RET TABLE1 DW 64260 64400 64524 64580 音符计数植 DW 64684 64777 64820 64898 DW 64968 65030 65058 65110 DW 65157 65178 65217 TABLE DB 82H 01H 81H 94H 84H DB 0B4H 0A4H 04H DB 82H 01H 81H 94H 84H DB 0C4H 0B4H 04H DB 82H 01H 81H 0F4H 0D4H DB 0B4H 0A4H 94H DB 0E2H 01H 0E1H 0D4H 0B4H DB 0C4H 0B4H 04H DB 82H 01H 81H 94H 84H DB 0B4H 0A4H 04H DB 82H 01H 81H 94H 84H DB 0C4H 0B4H 04H DB 82H 01H 81H 0F4H 0D4H DB 0B4H 0A4H 94H DB 0E2H 01H 0E1H 0D4H 0B4H DB 0C4H 0B4H 04H DB 00H END 结 束 语 在经过了三 四个月紧张的毕业设计后 我终于完成了我的毕业设计和论文 从 开始接到论文题目到系统的实现 再到论文文章的完成 每走一步对我来说都是 新的尝试与挑战 这也是我在大学期间独立完成的最大的项目 在这段时间里 我学到了很多知识也有很多感受 从对电子琴的一无所知 到逐步的了解 我开 始了独立的学习和试验 查看相关的资料和书籍 让自己头脑中模糊的概念逐渐 清晰 使自己非常稚嫩作品一步步完善起来 每一次改进都是我学习的收获 每 一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间 由于本人水平有限 经验不足及阅历 尚浅 程序和论文中难免有许多不足之处 还望老师多多指出和纠正 致谢 本论文是在易礼智老师的悉心指导下完成的 易老师是令我崇拜的学者 博闻强 识 和蔼可亲 有着渊博的专业知识 严谨的治学态度 精益求精的工作作风 诲 人不倦的高尚师德 严以律己 宽以待人的崇高风范 朴实无华 平易近人的人 格魅力对我影响深远 不仅使我树立了远大的人生目标 掌握了基本的研究方法 也使我在大学三年中收获很多 希望能够把老师的教诲和期望 加上自己的努 力和追求 作出些成绩 本论文从选题到完成 每一步都经过易老师的批阅 倾 注了