1、1. 引言11.1. 設計的目的11.2. 設計的內容與要求 錯誤!未定義書簽。2. 總體設計12.1. 音樂產生原理12.2. 設計流程33. 硬件設計83.1. AT89C51 芯片簡介83.1.1 主要特性83.1.2 功能描述83.1.3 引腳說明與硬件連接93.2. 元器件清單134. 系統工作說明135. 結束語145.1 收獲與體會145.2 遇到的問題與解決方法 155.3 教程建議156. 參考文獻157. 附錄161. 引言1.1 設計的目的本設計的主要目的是掌握單片機系統的開發應用，掌握prteus和keil C51軟件的應用，鞏固和加深已學過的知識，提高動手能力及解決實

2、際問題的能力， 同時培養團隊合作精神。1.2. 設計內容與要求（1）本設計以AT89C52單片機為核心控制元件設計一個電子琴，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有16個彈奏按鍵、1個播放按鍵和揚聲器，并且按下時按鍵發聲，松開延時一段時間停止，中間再 按別的鍵則發另一音調的聲音。16個按鍵設置成4x4矩陣鍵盤，能彈奏出16個音，添加歌曲程序同時能夠播放出歌曲。（2）利用軟件keil C51進行程序的調試。（3）利用proteus軟件畫電路圖，并在單片機加載程序進行仿真。（4）根據電路圖運用proteus軟件的布局和布線功能繪制PCB圖并輸出顯 示電路的3D圖。（5）根據電路圖

3、、PCB圖和3D圖快速地焊接電路。（6）下載程序代碼，調試（Easy 51Pro）。2. 方案總體設計2.1. 音樂產生設計原理一首音樂是許多不同的音階組成的， 而每個音階對應著不同的頻率，這樣我 們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片 機來產生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數器T0來產生這 樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系正確即可。 若 要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2,即 為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將P1.0反相， 然后重復計時再反相。就可在 P1

4、.0引腳上得到此頻率的脈沖。利用AT89C51的內部定時器使其工作計數器模式 (M0DE1下，改變計數 值TH0及TL0以產生不同頻率的方法產生不同音階，例如，頻率為 523Hz,其周 期T= 1/523 = 1912卩s，因此只要令計數器計時 956卩s/1卩s = 956,每計數956 次時將I/O反相，就可得到中音D0(523H0。計數脈沖值與頻率的關系式是：N=fi- 2- fr式中N是計數值；fi是機器頻率(晶體振蕩器為12MHZ時，其頻率為1MHZ; fr 是想要產生的頻率。其計數初值T的求法如下：T= 65536- N= 65536 fi - 2-fr例如：設 K= 65536,

5、 fi = 1MHz 求低音 DO( 261Hz)、中音 DO(523Hz)、高音 DO (1046Hz)的計數值。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單片機12MHZ晶振，高中低音符與計數T0相關的計數值如表1所示：音符頻率(HZ)簡譜碼(T值)音符頻率(HQ簡譜碼(T值)

6、低1 DO26263628# 4 FA#74064860#1 DO#27763731中5 SO78464898低2 RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中6 LA88064968低3 M33064021# 693264994低4 FA34964103中7 SI98865030# 4 FA#37064185高1 DO104665058低5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高2 RE117565110低6 LA44064400# 2 RE#124565134# 646664463高3 M131865157低

7、7 SI49464524高4 FA139765178中1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高5 SO156865217中2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高6 LA176065252中3 M65964777# 6186565268中4 FA69864820高7 SI196765283表1音符頻率表我們要為這個音符建立一個表格，單片機通過查表的方式來獲得相應的數據。低音0 19之間，中音在20-39之間，高音在40- 59之間。TABLE: DW 0,63628,63835,64021,6410

8、3,64260,64400,64524,0,0DW 0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0DW 0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0DW 0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0DW 0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0DW 0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0DW 0在這個程序中，彈奏音樂的程序是用定時/計數器T0來完成的,播放音樂程序則是用定時/計數器T1來

9、完成的。2.2. 設計流程(1) 鍵盤掃描程序：此文檔僅供學習和交流檢測是否有鍵按下，有鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉至功能轉移程序； 無鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續檢測。（2）功能轉移程序：對檢測到得按鍵值進行判斷，是琴鍵則跳轉至琴鍵處理程序，是功能鍵則跳 轉至相應的功能程序，我們設計的功能程序有兩種，即音色調節功能和自動播放 樂曲功能。（3）琴鍵處理程序：根據檢測到得按鍵值，查詢音律表，給計時器賦值，使發出相應頻率的聲音。（4）自動播放歌曲程序：檢測到按鍵按下的是自動播放歌曲功能鍵后執行該程序， 電子琴會自動播放 事先已經存放好的歌曲，歌曲播放完畢之后自動返回至鍵盤掃描程序， 繼續等待

10、 是否有鍵按下。程序簡易流程圖：圖1 程序簡易流程圖彈奏程序流程圖:圖2 彈奏程序流程圖自動播放歌曲程序流程圖延時圖3自動播放歌曲程序流程圖3.硬件設計3.1. AT89C51 芯片簡介3.1.1 主要特性與MCS-51兼容 4K字節可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環數據保留時間：10年全靜態工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定 128*8位內部RAM 32可編程I/O線兩個16位定時器/計數器 5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路功能描述(1) AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROFalsh Programmable a

11、nd Erasable ReadOnly Memory 的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃爍可編程可擦除只讀 存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL勺 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機 為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。(2) 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入

12、和輸出。 該反向放大器可以配置為 片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。(3) 芯片擦除：整個PERO陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合， 并保持 ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在 任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。此外，AT89C51設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種 軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU亭止工作。但RAM定時器

13、，計數器， 串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存RAM勺內容并且凍結振蕩器，禁 止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。3.1.3 引腳說明與硬件連接(1) 弓I腳圖，如圖4:4VM70)1 IMT I)T I ) IWW) twos卓丄 FTQ、J-9占 »vl 嚴bA尸f*f*ppi»”D”LIT:匕CDbnDPCU Co 41. f f - 明 ,H U-Tr: :;tA:;: *4 4 4 4 4 4 £ 一圖4 AT89C51引腳圖(2) P1 口：P1口是一個內部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1

14、 口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗此文檔收集于網絡，如有侵權請聯系網站刪除 時，P1 口作為第八位地址接收。利用P1 口為按鍵接入口，形成4x4組成具有16個按鍵矩陣的鍵盤，作為 琴鍵鍵盤，設計成16個音，如下圖5：所對應的鍵碼0123456789ABCDEF圖54x4 鍵盤（3）P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸 出4個TTL門電流，當P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且 作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出

15、電流。這是 由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存 儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內 部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功 能寄存器的內容。P2 口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信 號。利用P2.0接播放音樂鍵，如圖6：Trgo番定 £wvoq. euweoq. 目貝啟 LasLad圖6自動播放歌曲（4）P3 口：P3 口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL門電 流。當P3 口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入

16、， 由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口同 時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。利用P3.0RXD口（串行輸入口）接1個喇叭，通過執行相應的功能程序使電 子琴發出不同音色的聲音，如圖 7：P2.7/A16P3.0/RXD1011P3.inXD12P3JJ1RT013P3.3/1NT114P3.4rT0托ps.sm15P2.6/WRr 17P3.7WhadR3I20G -ill!>Ii l!-iIA.csi-r FEAKER2N3906 K圖7 P3.0的輸出電路圖中喇叭處接了 1個2N3906的PNP其引腳圖如下圖8：2N3906圖8 2N

17、3906引腳圖（5）RST復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的 高電平時間。/EA/VPP :當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH, 不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于 施加12V編程電源（VPP。當按下按鍵，RST端口輸入高點平，電路進行復位，歌曲停止播發，如圖9：圖9復位部分(6) XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入XTAL2 :來自反向振蕩器的輸出。如圖10：圖10晶振部分32元器件清單如下表2

18、：名稱數值個數單片機AT89C511獨立按鍵(可彈起的)182N39061喇叭1電阻R110KQ1電阻R21KQ1電阻R3200Q1電容C1、C216pF各1個電容C34.7uF1晶振12MHz1表2 兀器件清單4. 系統工作說明接上電源，按下自動播放歌曲按鍵 B17, P2.0 口此時接上低電平，作為輸 出口，因為P2.0具有輸出寄存器寄存的內容的特殊功能，所以播放出已編好程 序的歌曲。當按下復位部分的按鍵B18時，因為復位部分是接高電平的，按下按 鍵就產生高電平輸入進行電路的復位，自動播放的歌曲就馬上停止。而4x4矩陣 鍵盤是接P1 口作為輸入，16個鍵位產生不同的頻率對應其簡譜碼而產生不

19、同的 音階。喇叭輸出部分接P3.0 口，一直保持低電平作為輸出，接上一個PNP2N3906 作為放大功能使其播放聲音。5. 結束語5.1收獲與體會通過這次課程設計，讓我感覺到了單片機的樂趣以及運用單片機設計電路比 較方便和簡單。在課程設計過程中，我學會了怎么通過各種方式查詢相關的資料， 尤其是要充分利用互聯網來查找自己想要的資料。這次的課程設計涉及硬件和軟件兩方面的內容。首先是軟件部分，我學會了運用keil C51 軟件建立工程文件來調試程序的正確性，同時也學會了運用 proteus軟件來畫電路圖，基本掌握 proteus軟件的使用方法包括繪制原理圖、 PCB圖、3D圖，通過這些圖與焊接硬件電

20、路緊密的聯在一起。由于自己所學有限，所以程序的編寫事件很頭疼的事，所以我們是先從網上下載一些類似的程序，然后對程序進行分析修改加以利用。 硬件部分，在選取單片機前必須知道我們將要 制作的電路需要實現什么功能，根據其功能來選取我們需要的單片機。 而在焊接 的過程中我發現每個元器件的排布是十分講究的，布局得好焊接起來就方便且簡單多了。設計好后，要將程序燒入芯片，經過調試成功后，我們可以任意彈奏自己想要 的旋律。本研究通過制作電子琴，將幾個模塊很好的融合起來，對使用單片機設 計簡易電子琴進行了分析，并介紹了基于單片機電子琴統硬件組成。利用單片機 產生不同頻率來獲得我們要求的音階。說明一首音樂是許多不

21、同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合， 即可構成我們所想要的音樂了，所以我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確來，然后我們利用功放電路來將音樂聲音放大。5.2 遇到的問題與解決方法（1）繪制好電路總原理圖準備焊接的時候，發現按照原理圖來焊接相當困難，不知從何下手。于是我上網查了一下資料，發現原來proteus軟件有自動布局和 自動布線的功能來繪制 PCB圖，而且還可以輸出3D圖。根據這總原理圖、PCB 圖還有3D圖來焊接電路，很快地焊接好電路而且一插上電源電路就跟仿真一樣 成功了。（2）在購買材料的時候那間店沒有 AT89C5仲片機，只好購買了 S

22、TC89C5單片機。回來上網查了一下資料，發現它們的引腳都一樣，而且STC89C52勺容量大一些，功能更強，所以完全可以代替AT89C51來實現本設計的電子琴電路的功 能。5.3教程建議我覺得只是單純的上課來學習單片機是很難的，老師應該多找一些電路的實 例來講授單片機的知識，這樣會讓學生更容易接受而且更容易明白。 課程應該多 安排一些課程設計來讓學生自己動手來提高對單片機的知識和動手能力。6. 參考文獻1 李朝青.單片機原理與接口技術.2 李光飛、樓然苗.單片機課程設計指導.北京：北京航空航天大學出版 社.3 蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作.北京：北京航空航天大學出版社4 嚴天峰單片機應用系

23、統設計與仿真調試 北京：北京航空航天大學出 版社.2005年8月.7. 附錄rr-FFF 一H-FIF 亠44丄亠7 B 5 IP- pq 7 -* Ok2BIO'15-dhr sd-ALE-I G 5 4 * > > > 3U3m更口 39| P®首 P3.5mC33.菁原理圖2宜窖r.n1(1 V*1圖12 實物圖圖14 3D圖設計源程序：BUFFEQU 30HSTH0EQU 31HSTL0EQU 32HTEMPEQU 33HORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP INT_T0ORG 001BHLJMP TIM1START:MOV TM

24、OD,#01H;設置T0工作方式SETB ET0SETB EA;啟動T0MAIN:MOV P1,#0FFH;P1全置1CLR P1.4;開始掃描第一行MOV A,P1ANL A,#0FH;屏蔽咼四位XRL A,#0FH;低位有” 0”則有鍵按下，否則無JZKKEY1 ;判斷有無鍵按下，有則繼續，沒有則轉移到 KKEY1LCALL DELY10MS ;調用延時程序MOV A,P1;重新開始判斷有無鍵按下ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY1MOV A,P1ANL A,#0FH ;求鍵值CJNEA,#0EH,CKK1 ;相等說明該行第一列有鍵按下，不等則轉移MOV BUFF,#O

25、 ;該鍵值為0LJMP NDK1 ;跳到NDK1執行相應的功能程序CKK1:CJNE A,#0DH,KK2;相等說明該行第二列有鍵按下，不等則轉移MOV BUFF,#1;該鍵值為1LJMP NDK1; 跳到NDK1執行相應的功能程序KK2:CJNE A,#0BH,KK3;相等說明該行第三列有鍵按下，不等則轉移MOV BUFF,#2;該鍵值為2LJMP NDK1; 跳到NDK1執行相應的功能程序KK3:CJNE A,#07H,KK4;相等說明該行第四列有鍵按下，不等則轉移MOV BUFF,#3;該鍵值為2LJMP NDK1; 跳到NDK1執行相應的功能程序KK4:NOPNDK1:MOV A,BU

26、FFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BUFFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TRONDK1A:MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ NDK1ACLR TROKKEY1:開始掃描第二行MOV P1,#OFFH ;CLR P1.5MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY2L

27、CALL DELY10MSMOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY2MOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,KK5MOV BUFF,#4LJMP NDK2KK5:CJNE A,#0DH,KK6MOV BUFF,#5LJMP NDK2KK6:CJNE A,#0BH,KK7MOV BUFF,#6LJMP NDK2KK7:CJNE A,#07H,KK8MOV BUFF,#7LJMP NDK2KK8:NOPNDK2:MOV A,BUFFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BUFFMOV B,#2MUL A

28、BMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0NDK2A:MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ NDK2ACLR TR0KKEY2:開始掃描第三行MOV P1,#OFFH ;CLR P1.6MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY3LCALL DELY10MSMOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY3MOV A,P1ANL

29、A,#0FHCJNE A,#0EH,KK9MOV BUFF,#8LJMP NDK3KK9:CJNE A,#0DH,KK10MOV BUFF,#9LJMP NDK3KK10:CJNE A,#0BH,KK11MOV BUFF,#10LJMP NDK3KK11:CJNE A,#07H,KK12MOV BUFF,#11LJMP NDK3KK12:NOPNDK3:MOV A,BUFFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BUFFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV

30、 TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMOV TL0,ASETB TR0NDK3A:MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ NDK3ACLR TR0KKEY3:MOV P1,#0FFH;開始掃描第四行CLR P1.7MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY4LCALL DELY10MSMOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJZ KKEY4MOV A,P1ANL A,#0FHCJNE A,#0EH,KK13MOV BUFF,#12LJMP NDK4KK13:CJNE A

31、,#0DH,KK14MOV BUFF,#13LJMP NDK4KK14:CJNE A,#0BH,KK15MOV BUFF,#14LJMP NDK4KK15:CJNE A,#07H,KK16MOV BUFF,#15LJMP NDK4KK16: NOPNDK4:MOV A,BUFFMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,BUFFMOV B,#2MUL ABMOV TEMP,AMOV DPTR,#TABLE1MOVC A,A+DPTRMOV STH0,AMOV TH0,AINC TEMPMOV A,TEMPMOVC A,A+DPTRMOV STL0,AMO

32、V TL0,ASETB TR0NDK4A:MOV A,P1ANL A,#0FHXRL A,#0FHJNZ NDK4ACLR TR0KKEY4: MOV A,#0FFHMOV P2,AMOV A,P2JB ACC.0, KKEY5LCALL DELY10MSMOV A,P2JB ACC.0, KKEY5MOV BUFF,#16LJMP START22START22: MOV A,BUFFCJNE A,#16,KKEY5LJMP START2KKEY5: LJMP MAINSTART2: MOV TMOD,#10H設 T1 在 M1MOV IE,#88H ;中斷使能START0: MOV 30H,

33、#00 ;取簡譜碼指針NEXT: MOV A,30H ;簡譜碼指針載入 AMOV DPTR,#TAB至TAB取簡譜碼MOVC A,A+DPTR ;MOV R2,A ;渠道的簡譜碼暫存于R2JZ END0 ;是否渠道00 （結束碼）ANL A,#0FH ;不是，則取低4位（節拍碼）MOV R5,A ;將節拍碼存入 R5MOV A,R2 ;將取到的簡譜碼再載入 ASWAP A高低4位交換ANL A,#0FH ;取低4位（音符碼）JNZ SING ;取到的音符碼是否為0?CLR TR1 ;開始，則不發音SJMP D1 ;跳至 D1SING:DEC A ;取到的音符碼減1 （不含0）MOV 22H,A

34、 ;存入（22H）RL A ;乘 2MOV DPTR,#TAB1至TABLE1取相對的高位字節計數值MOVC A,A+DPTR ;MOV TH1,A ;取到的高位字節存入 TH0MOV 21H,A ;取到的高位字節存入（21H）MOV A,22H ;在載入取到的音符碼RL A ;乘 2INC A ;力卩1MOVC A,A+DPT至;TABLE1取相對的低位字節計數值MOV TL1,A ;取到的低位字節存入 TL0MOV 20H,A ;取到的低位字節存入（20H）SETB TR1 ;啟動 TIMER0D1:LCALL DELAY ;其本單位時間1/4拍187毫秒INC 30H ;取簡譜碼指針加1JMP NEXT 取下一個簡譜碼END0: CLR TR1 ;停止 TIMER0LJ