单片机课程设计报告-简易电子琴

目录1概述................................................................................................................12方案设计........................................................................................................22.1系统设计要求.........................................................................................22.2电子琴系统的组成...............................................................................22.3电子琴系统的设计思想.......................................................................22.3.1硬件设计思想...................................................................................22.3.2软件设计思想...................................................................................33硬件电路设计................................................................................................43.1系统方案...............................................................................................43.2系统功能框图.......................................................................................53.3功能模块详细设计...............................................................................53.4主要芯片功能描述...............................................................................94系统软件设计.............................................................................................114.1主程序流程图.......................................................................................114.2源程序...................................................................................................124.3设计总结...............................................................................................165仿真与调试.................................................................................................17结束语.............................................................................................................19参考文献.........................................................................................................2011概述单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。22方案设计2.1系统设计要求本系统主要实现电子琴的基础操作。关于声音的处理，采用使用说明中的响声音的方法，使用汇编语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。具体要求如下：（1）要求达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。（2）用键盘作出电子琴的按键，每键代表一个音符，该设计只有中音音段。（3）各音符按一定的顺序排列，必须符合电子琴的按键排列顺序。（4）用汇编语言编程实现程序设计。（5）利用查表，中断等方式实现目的。（6）系统的各各功能模块要清楚，有序。（7）程序运行时有友好的用户界面。2.2电子琴系统的组成单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。AT89C51单片机设计微型电子琴的方法，仅需AT89C51最小系统，扩展一组小键盘，再加一片LM386做音频小功放，输出到扬声器；电源由变压器，整流二极管，电容及稳压器组成；另外，再接一组发光二极管用来指示按键的按下与否。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，实际上就是把每个按键所对应的值经过处理后发给单片机，再在单片机内把数字当作指针指向所对应的音符。2.3电子琴系统的设计思想2.3.1硬件设计思想电子琴的原理框图如图一所示。它由以下几个部件组成：单片机AT89C51、3电源、4*4的16个按钮矩阵、音频放大模块。电源部分：电源部分有二部分组成。一部分是由220V的市电通过变压、整流稳压来得到+5V电压，维持系统的正常工作；另一部分是由3V的电池供电，以保证停电时正常走时。正常情况下电池是不提供电能的，以保证电池的寿命。2.3.2软件设计思想本系统的软件系统主要可分为主程序、定时计数中断程序、时间调整或定闹设置程序三大模块。在程序设计过程中，加强了部分软件抗干扰措施，下面对部分模块作介绍。定时中断模块我们可以用语句：MOVTMOD,#01H写控制数MOVTH0,#0XH写定时常数SETBTR0启动TR0SETBET0允许T0SETBEA开放CPU中断关于声音的处理，第一种方法是使用汇编语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。音符的频率是通过查表得到的（见表2-1）。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。现在以单片机12MHZ晶振为例，列出高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如表2-1所示.表2-1音符频率（HZ）简谱码（T值）低3MI33064021低4FA349641034低5SO39264260低6LA44064400低7SI49464524中1DO52364580中2RE58764684中3MI65964777中4FA69864820中5SO78464898中6LA88064968中7SI98865030高1DO104665058高2RE117565110高3MI131865157高4FA139765178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：TABLE:DW64021,64103,64260,64400DW64524,64580,64684,64777DW64820,64898,64968,65030DW65058,65110,65157,651783硬件电路设计3.1系统方案通过电子琴按键随意键入所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，编译，最后解码输出音符，再通过功放电路进行放大，最后在扬声电路中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。嵌入式电路由电源电5路，按键电路，LED显示电路，音频放大电路和两个功能键组成，通过功能键可以选择播放音乐。3.2系统功能框图该系统的主要模块由五个部分组成,具体关系如图3-1所示:AT89C51单片机音频放大电路显示电路键盘电路电源电路单片机电子琴总体框图图3-13.3功能模块详细设计系统主要功能模块由以下几部分组成：1、电源电路设计从图3-2可知，无论是AT89C51单片机工作电源、二极管还是数码管的驱动，都要用到+5V的直流电源，所以，一个稳定的、持续的+5V直流电源对本系统十分重要。本系统运用桥式整流电路，将交流转换为直流，为各部分电路提供恒定的+5V直流。模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电，保证电路的稳定性和抗干扰。6图3-22.键盘控制电路设计本系统采用独立式按键方式来实现键盘的。独立式按键是指直接用I/O口线构成单个按键电路，每个按键占用一条I/O口线，每个按键的工作状态不会产生相互影响。如下图所示，当图中的某一个键闭合时，相应的I/O口线变为低电平。当程序查询到为低电平的I/O口线时，就可以确定处于闭合状态的键。图3-33、音频放大电路设计7LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM38