1、單片機(jī)原理及應(yīng)用綜合課程設(shè)計(jì)電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名： 張三、 李四、 王五、 陳曦 指導(dǎo)教師： 張輝 所 在 系： 電子信息系 所學(xué)專業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)工程 年 級： 2013級 201 5年 12 月目錄序論21、課程設(shè)計(jì)總體說明31.1設(shè)計(jì)要求31.2設(shè)計(jì)方案31.2.1播放模塊31.2.2 按鍵控制模塊31.2.3錄音模塊31.3設(shè)計(jì)分析31.3.1概述31.3.2硬件框圖41.4設(shè)計(jì)目的42、系統(tǒng)概要42.1揚(yáng)聲器42.2 AT89C51單片機(jī)52.2.1簡介52.2.3管腳說明：52.3 ISD1820錄放音芯片62.3.1主要特性62.3.2封裝圖62.3.3引腳介紹：63、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2、73.1、電子琴實(shí)現(xiàn)功能流程圖73.2、軟件各模塊內(nèi)容73.2.1鍵盤掃描程序：73.2.2功能轉(zhuǎn)移程序：83.2.3琴鍵處理程序：93.2.4錄音程序：94、仿真調(diào)試125、硬件調(diào)試135.1總實(shí)物圖135.2電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)136、心得體會14參考文獻(xiàn)15序論課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它對幫助學(xué)生全面牢固地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和實(shí)際動手能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計(jì)算機(jī)，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。它的應(yīng)用

3、必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89c51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。本文主要對使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)

4、的音樂。并且分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述簡易電子琴的設(shè)計(jì)。 1、課程設(shè)計(jì)總體說明1.1設(shè)計(jì)要求電子琴設(shè)有8個(gè)按鍵，其中7個(gè)作為音符輸入，實(shí)現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7發(fā)音，另外1個(gè)作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實(shí)現(xiàn)用戶作曲。7個(gè)按鍵分別代表7個(gè)音符，包括中音段的全部音符。通過軟硬件設(shè)計(jì)，模式轉(zhuǎn)換按鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，啟動電子琴。然后通過查詢電子琴所按下的按鍵，讀取電子琴輸入狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的程序人口，實(shí)現(xiàn)自編歌曲。當(dāng)需要取消電子琴編曲功能時(shí)，再次按下模式轉(zhuǎn)換按鍵引起外部中斷即可退出電子琴功能而返回到原來音樂播放處。1.2設(shè)計(jì)方案1.2.1播放模

5、塊 播放模塊是由喇叭構(gòu)成，它幾乎不存在噪音，音效效果良好，而且由于所需驅(qū)動功率較小，且價(jià)格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。1.2.2 按鍵控制模塊電子琴設(shè)有8個(gè)按鍵，其中7個(gè)作為音符輸入，實(shí)現(xiàn)1、2、3、4、5、6、7發(fā)音，另外1個(gè)作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實(shí)現(xiàn)用戶作曲。1.2.3錄音模塊錄音模塊通過ISD1820錄放音芯片，通過高低電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)錄音。1.3設(shè)計(jì)分析1.3.1概述系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入按鍵掃描函數(shù)。當(dāng)檢測到按鍵被按下時(shí)，判斷是1到7按鍵還是8按鍵，若是1到7按鍵被按下則啟動定時(shí)器T1，按照音階所對應(yīng)的周期初始值數(shù)組表中的初值，輸出方波信號；發(fā)出1、2、3、4、5、6、7的音符。1.3.2硬件框圖單

6、片機(jī)電子琴電路由AT89C51芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、鍵盤電路和發(fā)音電路5個(gè)部分組裝成，各部分有自己獨(dú)立的功能，單路總框圖如下：1.4設(shè)計(jì)目的打造一個(gè)多功能電子琴，核心是一塊單片機(jī)。單片機(jī)讀取鍵值，為內(nèi)置定時(shí)器賦初值，定時(shí)器每溢出一次，高低電平轉(zhuǎn)換一次，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波，即高低音調(diào)。并且通過ISD1820錄放音芯片可以實(shí)現(xiàn)自動錄音，放音。2、系統(tǒng)概要2.1揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器是一種把電平轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚(yáng)聲器和性能對音質(zhì)的高低音響很大。揚(yáng)聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式、靜電式、電磁式、壓電式等幾種，按頻率范圍可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器。在本次試驗(yàn)中使用電磁式揚(yáng)聲器，軟件是該電子

7、琴控制系統(tǒng)的重要部分。下圖為揚(yáng)聲器實(shí)物圖。 2.2 AT89C51單片機(jī)2.2.1簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高

8、效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示。2.2.2特性現(xiàn)在AT89S51/52已經(jīng)取代了AT89C51/52。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存R

9、AM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.2.3管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，

10、這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電

11、平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。簡圖：62.3 ISD1820錄放音芯片2.3.1主要特性a.自動節(jié)電，維持電流0.5uA b.邊沿/電平觸發(fā)放音c.外接電阻調(diào)整錄音時(shí)間d.3v單電源工作2.3.2封裝圖2.3.3引腳介紹：電源(VCC)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用的不同電源總線在此引腳匯合，這樣使得噪聲最小。去耦合電容應(yīng)盡量靠近芯片。地線(VSSA,VSSD)：芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路

12、的不同地線匯合在這個(gè)引腳。錄音(REC)：高電平有效，只要REC變高(不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音)，芯片即開始錄音。錄音期間，REC必須保持為高。REC變低或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動寫入一個(gè)信息結(jié)束標(biāo)志(EOM)，使以后的重放操作可以及時(shí)停止。然后芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。邊沿觸發(fā)放音(PLAYE)：此端出現(xiàn)上升沿時(shí)，芯片開始放音。放音持續(xù)到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束，芯片自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。放音后，可以釋放PLAYE。電平觸發(fā)放音(PLAYL)：此端從低變高時(shí)，芯片開始放音。持續(xù)至此端回到低電平或遇到EOM標(biāo)志，或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后自動進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1、電子琴實(shí)現(xiàn)功能流

13、程圖 3.2、 軟件各模塊內(nèi)容3.2.1鍵盤掃描程序：檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無按鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。START:MOV R0,P2CJNE R0,#0FFH,KEY1;鍵盤掃描CLR TR0SJMP STARTKEY1:CJNE R0,#0FEH,KEY2;k1鍵按下SETB P0.0MOV 30H,#0FBH ;設(shè)置音階1MOV 31H,#0E9HLJMP SET_TIMER說明：K2到K8鍵的程序與K1類似3.2.2功能轉(zhuǎn)移程序：對檢測到的按鍵值進(jìn)行判斷，是琴鍵則跳轉(zhuǎn)至琴鍵處理程序，是功能鍵則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能程序，我們設(shè)計(jì)的

14、功能程序有三種，即音色調(diào)節(jié)功能、播放1、2、3、4、5、6、7、音符和錄音的功能?；贏T89C51的屏幕聲光式可錄音電子琴設(shè)計(jì)報(bào)告。SET_TIMER:SETB TR0;發(fā)聲SJMP STARTNOKEY:CLR TR0;無鍵按下SJMP START3.2.3琴鍵處理程序：根據(jù)檢測到的按鍵值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。3.2.4錄音程序：檢測到按鍵按下的是錄音功能鍵后執(zhí)行該程序，跳轉(zhuǎn)到鍵盤掃描程序，檢測是否有鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵值，根據(jù)檢測到的按鍵值，查詢音調(diào)表，給計(jì)時(shí)器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音并跳轉(zhuǎn)到功序。MAIN:CLR P0.0CLR P0.1MOV SP,#60H ;初始化退

15、棧指針MOV 30H,#00H;定時(shí)器初始值清0MOV 31H,#00HMOV P1,#0FFH;設(shè)置P1口為輸入模式MOV TMOD,#01H ;設(shè)置定時(shí)器0為工作模式1SETB ET0;開定時(shí)器0中斷SETB EA;開總中斷CLR TR0;關(guān)閉定時(shí)器0SETB EX0SETB TCON.0SETB PX0INTR0:CLR P0.0SETB P0.1LCALL DELAY1CLR P0.1RETIDELAY1:MOV R7,#20 ;10MS的延遲DELAY11:MOV R6,#250 DJNZ R6,$DJNZ R7,DELAY114、仿真調(diào)試5、硬件調(diào)試5.1總實(shí)物圖 5.2電子琴的設(shè)

16、計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5.3錄音6、心得體會 通過這次單片機(jī)設(shè)計(jì)我不僅加深了對單片機(jī)理論的理解將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去同時(shí)也使我認(rèn)識到自身存在的不足之處無論是理論上還是遇到問題的處理能力上都還有待提高而且這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣。發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。不管做什么事計(jì)劃是很重要的。沒有一個(gè)完好的計(jì)劃，做事情就會沒有一個(gè)好的順序，做事情會比較亂，很難成功。而有一個(gè)好的計(jì)劃，不管做什么事都會事半功倍，做事心中有數(shù)，明確重點(diǎn)和緩急，不會有疏漏。這樣才能提高成功率。做事要多動腦,選出最好的方法。一件事往往有多種解決方法，一個(gè)好的方法，不僅能使事情事半功倍，而且往往決定最后的成與敗，所以做事時(shí)一定要多動一下腦筋，想出最好的方法。 參考文獻(xiàn)1張毅剛等編著.單片機(jī)原