电子琴设计3

1简易电子琴的设计一.设计目的设计一个简易电子琴，要求能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符，并且能具备自动播放功能。使用元件：AT89C51，喇叭，按键，三极管等。（1）.能够实现基本的琴键功能即每按下一个琴键，单片机能够检测到键盘的按键，并根据按键的位置通过程序来控制，使蜂鸣器发著不同频率的声音，声音延迟延迟一段时间，等到按键2放开后，声音停止。然后再继续扫描，看是否有键按下，如此循环下去，即实现基本的琴键功能。（2）.能够实现通过按键自动播放歌曲的功能在键盘上设置一个功能键，按下之后会根据功能键跳转到自动播放歌曲的程序，来播放相应的歌曲。本次设计硬件部分的设计由周桂龙同学负责，软件部分的设计则由周彬负责。二．系统设计2.1最小系统单片机：本次设计使用单片机芯片AT89C51，AT89C51的工作特性：·内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次；·内含128字节的RAM；·具有32根可编程I/O线；·具有2个16位编程定时器3·具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断结构；·具有1个全双工的可编程串行通信接口；·具有1个数据指针DPTR；·具有可编程3级程序锁定位；·AT89C51的工作电源为5（1±0.2）V且典型值为5V；·AT89C51最高工作频率为24MHZ；·AT89C51的编程频率为3~24MHZ，编程启动电流和启动电压分别为1mA、5或12V。图（1）2.2硬件设计51单片机的P2口连接8个按钮开关，作为电子琴的琴键键盘，喇叭接与P1.0口，用两个NPN型的三极管组成放大电路来驱动喇叭播放音乐。P3.0口作为自动音乐播放控制口，连接一个按钮开关，当按下该按钮时，喇叭自动播放歌曲。系统总框图如图（2）所示。图（2）2.3软件设计（1）主程序（弹奏程序）主程序的功能是给寄存器赋初值，判断播放键是否按下，即P3.0是否为0，按下则转入播放子程序，若没按下则进入弹奏程序，判断有无键盘按下，即读取P2口的状态，有则播放相应的音调。主程序流程图如图（3）所示。音调实际上是有固定周期的信号,每个音调的频率都是固定的。因此只要计算出每个音的频率就可以产生相应的声音。在弹奏程序中利用查表法，根据表（1）4将开关状态转换成延时子程序的执行次数，而延迟子程序是为了产生音频的半周期，其延时时间等于(10A+2)us。另外，按钮开关S1的键值取1，S2的键值取2……依次类推。若按下S1的话，则读取表格中的第一个数据，即ACC=95，执行一次延时子程序，其半周期约为0.95ms,执行2次则为1.9ms，其频率为526Hz，大概是中音的Do。其他键也是一样的算法。延时程序如下：DELAY:NOP;1usMOVR4,#3;1usDJNZR4,$;2*R7usDJNZ22H,DELAY;2usRET;2us上面程序的时间延迟为：t=A*(1+1+2*R4+2)+2=A*(1+1+2*3+2)+2=(10A+2)usYNYESNO开始初始化读入P2口状态P3.0为0？RRCACY=0?RRCA驱动喇叭延时依R1读取音阶5N0NOYES图（3）主程序流程图表（1）按键音阶参数S1中音Do95S2中音Re85S3中音Mi76S4中音Fa71S5中音So64S6中音La57S7中音Si50S8高音Do48（2）播放子程序播放子程序流程图如图（4）所示。此次所要演奏的音乐是《生日快乐》，将乐谱简化成音谱，如下所示。｜DODOREDO｜FAMI｜DODOREDO｜SOFA｜｜DODODO＾LA｜FAMIRE＾｜SISILAFA｜SOFA｜再根据表（2），将THx与TLx的值带入音谱，如下所示。第一小节：252，68，252，68，252，173，252，68第二小节：253,52,253,10第三小节：252,68,252,68，252,173,252,68CY=0?6第四小节：253,131,253,52第五小节：252,68,252,68，252,34,253,200第六小节：253,52,253,10，254,87第七小节：254,6,254,6，253,200,253,52第八小节：253,131,253,52,0将结果填入程序里的TONE表格。紧接着制作节拍表格，同样从简谱里，写出其拍子数，如下：｜1/2、1/2、1、1｜1、2｜1/2、1/2、1、1｜1、2｜｜1/2、1/2、1、1｜1、1、1｜1/2、1/2、1、1｜1、2｜再根据表（3），将中断此处带入音谱，将结果填入程序里的BEAT表格。当播放按键按下时，就可以自动播放音乐了。如下：｜4、4、8、8｜8、16｜4、4、8、8｜8、16｜｜4、4、8、8｜8、8、8｜4、4、8、8｜8、16｜NOYESNOYES图（4）播放子程序流程图初始化载入音阶载入节拍音乐结束？返回播放程序入口节拍结束？7表（2）音符频率（HZ）音符频率（HZ）低1DO262#4FA#740#1DO#277中5SO784低2RE294#5SO#831#2RE#311中6LA880低3M330#6932低4FA349中7SI988#4FA#370高1DO1046低5SO392#1DO#1109#5SO#415高2RE1175低6LA440#2RE#1245#6466高3M1318低7SI494高4FA1397中1DO523#4FA#1480#1DO#554高5SO1568中2RE587#5SO#16618#2RE#622高6LA1760中3M659#61865中4FA698高7SI1967表（3）拍数中断次数拍数中断次数拍数中断次数1/811/241又1/4101/423/461又1/2123/8318216（3）音调中断子程序一首完整的曲子有音调和节拍组合而成，音调的频率是固定的，在音调中断子程序中，是利用定时器定时的方式来产生频率的，不同与演奏程序中的查表方式。音调中断子程序流程图如图（5）所示。图（5）音调中断子程序返回显示程序入口关闭TIMER0驱动喇叭填入TIMER0定时值启动TIMER09（4）节拍中断子程序节拍有快有慢，拍子越短节奏越快，拍子越长节奏越慢。此处用定时器中断的方法产生节拍，节拍子程序流程图如图（6）所示。采用mode1,定时值初值设为62500，若要产生1/2拍的长度，则执行4次中断，产生3/4拍的长度，则执行6次中断，依次类推。YES!!!NO图（6）节拍中断子程序分别打开各位控R5!=0?指定定时时间启动TIMER0返回显示程序入口指定定时时间启动TIMER010三．仿真与调试根据功能需求与电路结构编写程序，然后将该程序用Keil软件对程序进行调试，再将调试正确的程序用烧录器烧进AT89C51芯片中，讲芯片安装到连接好的电路中，进行实际的弹奏和播放操作。调试如图（7）所示。调试步骤：打开Keil软件，新建一个工程，在工程中载入一个后缀为.ASM的源程序文件，将编写好的程序写入。进行调试仿真，排除错误，最终产生一个正确的.HEX文件，将电脑连接到烧录器，选择该.HEX文件，将目标程序写入芯片。图（7）11四．课程小结通过这一周的紧张工作，终于完成了简易电子琴的设计，这个课程设计使我受益匪浅，他不仅使我对软件设计更加熟练，更使我了解了硬件设计的整个流程，并且加深了我对新型单片机这门课内容的理解，扩充了我的知识面。这个课程设计也培养了我们的耐心和毅力，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，由于这个课程设计也使我积累了一些经验，相信这些经验在我以后的学习工作中会有很大的作用。12五．参考文献◆《单片机原理及其应用》范力旻编著电子工业出版社◆《51系列单片机设计实列》楼然苗李光飞编著北航出版社◆《例说8051》张义合陈敌北编著人民邮电出版社◆《单片机实用技术问答》谢宜仁主编人民邮电出版社◆《8051单片机实践与应用》吴金茂沈庆阳郭庭吉编著清华大学出版社◆《单片机原理及其接口技术》（第二版）胡汗才编著北京大学出版社◆《电子琴原理及电路》徐明远，徐多闻．上海科学技术文献出版社◆《电子琴原理使用与维修》刘启武，刘启文．电子工业出版社◆◆：元件清单序号名称代号型号数量1贴片电容C1C230pF22贴片电容C310uF13贴片电容C40.1uF14贴片电容C50.47uF15贴片电阻R11K1146贴片电阻R210K17电解电容C61000uF18电解电容C7470uF19发光二极管10晶振11.0592M111扬声器IC38Ω112电阻R3～R101K813电阻R112K114三极管V1～V38550215按键S1～S8815附录2：总体原理图16附录3：实物图17附录4：程序BASEEQU-62500ORG0000HJMPSTARTORG000BHJMPTONE_INTORG001BHJMPBEAT_INTSTART:MOVP3,#0FFH;主程序MOVP2,#0FFHMOVA,P3CJNEA,#0FEH,TANZOUJMPINITIALTANZOU:MOVA,P2；弹奏程序SETBCYMOVR0,#8MOVR1,#0LOOP:RRCAJNCSOUNDINCR1DJNZR0,LOOPJMPSTARTSOUND:MOVDPTR,#TIMESMOVA,R1MOVCA,@A+DPTRMOV22H,ACPLP1.0CALLDELAYMOVA,22HCPLP1.0CALLDELAYJMPSTARTDELAY:NOPMOVR4,#3DJNZR4,$DJNZ22H,DELAYNOPNOPRET18INITIAL:MOVTMOD,#11H；播放子程序MOVIE,#10001010BMOVSP,#70HCLRF0MOVR7,#0MOVR6,#0LOAD_TONE:MOVDPTR,#TONE；载入音阶MOVA,R7MOVCA,@A+DPTRJNZCONTINUEMOVR6,#0MOVR7,#0JMPLOAD_TONECONTINUE:MOV20H,AMOVTH0,AINCR7MOVA,R7MOVCA,@A+DPTRMOV21H,AMOVTL0,AINCR7SETBTR0LOAD_BEAT:MOVDPTR,#BEAT；载入节拍MOVA,R6MOVCA,@A+DPTRMOVR5,AMOVTH1,#HIGH(BASE)MOVTL1,#LOW(BASE)SETBTR1JNBF0,$CLRF0JMPLOAD_TONETONE_INT:CLRTR0；音阶中断子程序CPLP1.0MOVA,20HMOVTH0,AMOVA,21HMOVTL0,ASETBTR019RETIBEAT_INT:CLRTR1；节拍中断子程序DJNZR5,AGAINCLRTR0SETBF0JMPEXIT1AGAIN:MOVTH1,#HIGH(BASE)MOVTL1,#LOW(BASE)SETBTR1EXIT1:RETITIMES:DB95,85,76,71,64,57,50,48TONE:；音阶表DB252,68,252,68DB252,173,252,68DB253,52,253,10DB252,68,252,68DB252,173,252,68DB253,131,253,52DB252,68,252,68DB252,34,253,200DB253,52,253,10DB254,87DB254,6,254,6DB253,200,253,52DB253,131,253,52,0BEAT:；节拍表DB4,4,8,8DB8,16DB4,4,8,8DB8,16DB4,4,8,8DB8,8,8DB4,4,8,8DB8,16,0END20