课程设计任务书-基于51单片机的简易电子琴设计

课程设计课程设计名称：单片机课程设计专业年级：电子信息科学与技术学生姓名：学号：指导教师：课程设计时间：2013.9.30-2013.10.710级电科专业课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目51单片机的简易电子琴设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师同组姓名主要内容设计一个51单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。要求:1设计51单片机最小系统；2.设置至少10个按键，能发出doremifasollaSIDO;能播放示范曲；3.能够调节低音、高音和中音。任务要求1．根据功能要求选择设计方案，并进行论证。2．画出电路的总体方框图和电路原理图。3．说明系统工作原理，对系统进行调试。4．写出课程设计报告。参考文献1．《51单片机C语言教程》郭天祥电子工业出版社2．《电路》邱关源高等教育出版社3．百度审查意见指导教师签字：教研室主任签字：年月日说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页一、设计任务及要求1.设计51单片机最小系统，实现简易电子琴操作的电路；2.设置至少10个按键，能发出doremifasollaSIDO;能播示范曲；3.能够调节低音、高音和中音。根据功能要求选择设计方案，并进行论证。4.画出电路的总体方框图和电路原理图。5.说明系统工作原理，对系统进行调试。二、系统方案设计1.采用以STC89C52单片机为核心的控制方案STC89C52是一种低功耗、高性能的8位COMS微控制器，具有8KB的可编程Flash存储器，具有在线编程可擦除技术，当对系统进行调试时，由于程序的错误修改或对对程序新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次插拔，所以不会造成对芯片的损坏，且方便灵活。基于以上因素本设计选用单片机STC89C52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的电子琴功能。在单片机的外围接8个按钮用于输入控制，其中第8个按钮用来播放一小段音乐。在外接8个发光二极管用来指示音乐的节拍等。2.设计原理主要利用单片机中的定时器中断、LED显示、以及扬声器实现了演奏和显示功能。针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性，通过对定时器T0送入不同的初值，调节T0的溢出时间，输出频率可控的方波，从而控制不同音阶的音调高低。而对于音长的控制，则可以向定时器T1送入一个固定初值，通过控制定时器中断循环的次数，来实现对发音时间长短的控制。对于音符和曲目的显示，主要通过读入键值，判断所选曲目或音符，输出到LED上显示。我们主要使用单片机设计简易电子琴，利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶。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。3．STC89C52系列最小机系统设计A．时钟电路设计时钟电路用于产生STC89S52单片机工作时所必须的控制信号。STC89S52单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。STC89C52单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。本设计中的时钟电路选择2个30pF的电容、1个震荡频率为11.0592Hz的石英晶体,构成内部时钟晶体电路如图3-1所示B．复位电路设计STC89C52的复位是由外部的复位电路实现的复位是单片机的初始化操作，只需给STC89S52的复位引脚RST加上大于两个机器周期（即24个时钟震荡周期）的高电平就可使STC89C52复位。如图3-2所示.当STC89C52进行复位时，PC初始化为0000H，使STC89C52单片机从程序储存器的0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需按复位键即RST脚为高电平，使STC89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。本设计中的复位电路选择1个10uF的电容、1个10K，1个2K的电阻、以及1个复位开关4.发音电路接线图发音电路中包含一个蜂鸣器。在本设计中，用单片机P3.3口来控制发音装置，提供发音信号，经LM386放大之后送给蜂鸣器发出音乐。图4-4为发音装置接线图5.键盘电路设计电子琴键盘采用独立式键盘。其特点是一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O口输入线的电平状态，可以很容易的判断哪个按键被按下，如图4-6所示6.发音原理由于本系统可以产生各种频率的声音，所以可由喇叭发出“DO”、“RE”、“ME”„„的音阶。系统中的定时器O工作于模式0，计时时长可根据所发音的频率而定，而由频率值推得的定时器计数初值。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。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P3.3反相，然后重复计时再反相。就可在P3.3引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51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T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，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4-1所示)是：N＝fi÷2÷fr4-1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：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr低音DO的T＝65536－500000/262＝63627中音DO的T＝65536－500000/523＝64580高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如下表所示7.系统主程序流程图主程序如下：#includereg51.h#includeintrins.hsbitbeer=P3^3;//蜂鸣器sbitP33=P3^3;intnum,count;intcodelab[]={61719,62435,62506,62679,62985,63263,63512,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65070};intcodeSong[]={0x12,50,0x12,50,0x12,100,0x12,50,0x12,50,0x12,100,0x10,50,0x12,50,0x13,15,0x12,25,0x10,25,0x0f,75,0x10,75,0x12,50,0x12,75,0x10,75,0x12,75,0x10,37,0x0f,37,0x0e,75,0x10,75,0x0f,150,0x10,100,0x10,100,0x0f,200,0x0c,100,0x0e,100,0x0f,75,0xff,100,0x13,25,0x13,25,0x12,75,0x10,25,0x13,25,0x12,50,0x12,50,0x10,50,0x0f,50,0x10,50,0x12,75,0xff,75,0xff,75,0x12,65,0x10,65,0x0f,65,0x10,65,0x12,65,0x10,65,0x0f,65,0x10,65,0x0c,65,0x0e,65,0x0f,65,0x10,65,0x0e,100,0xff,100,0xff,100,0x00,0x00};intcodetable[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};intcodetable2[]={0x7e,0xbd,0xdb,0xe7};voidinit()//计数器终端初始化{num=0;TMOD=0x11;TH0=0xff;TL0=0xff;TH1=0xD8;//装初值TL1=0xEF;EA=1;ET0=1;ET1=1;}voiddelay(intz)//延时子程序{intx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=110;y0;y--);}voidinter()interrupt1//计数器0{TH0=lab[num]/256;TL0=lab[num]%256;beer=!beer;}voidtimer1()interrupt3//计数器1{TH1=0xD8;//装初值TL1=0xEF;count++;}voidPlay_Song()//放歌子程序{unsignedcharTemp2;unsignedintAddr,a=0;count=0;while(1){num=Song[Addr];Addr++;TH0=lab[num]/256;TL0=lab[num]%256;if(num==0xFF)//休止符{Temp2=Song[Addr++];TR1=0;delay(Temp2);}elseif(num==0x00)//歌曲结束符{return;}else{Temp2=Song[Addr++];P1=table2[a];a++;if(a==4)a=0;TR1=1;delay(1.1*Temp2);}}}voidsound(unsignedchara)//按键发声子程序{switch(a){case0xfe:num=14;P1=table[0];break;case0xfd:num=15;P1=table[1];break;case0xfb:num=16;P1=table[2];break;case0xf7:num=17;P1=table[3];break;case0xef:num=18;P1=table[4];break;case0xdf:num=19;P1=table[5];break;case0xbf:num=20;P1=table[6];break;case0x7f:num=7;break;}if(num==7)Play_Song();TH0=lab[num]/256;TL0=lab[num]%256;while(P2!=0xff){}P1=0xff;}voidmain()//主程序{init();P2=0xff;while(1){if(P2!=0xff)//第一次判断是否有按键按下{delay(5);//消抖if(P2!=0xff)//确认是否有按键按下{TR0=1;sound(P2);}TR0=0;}}}三、心得体会这次的课程设计包含的基本知识很多，在过程中用到了很多以前学的东西，比如：数字电子技术基础、模拟电子技术基础等相关知识，复习了以前的知识，同时学到了很多新的知识，在最后的调试中出现的错误在学长的帮助下顺利解决，更重要的是使我对单片机系统有了一个全新的认识。