單片機課程設(shè)計--基于51單片機的簡易電子琴

1、<p>　　基于51單片機的簡易電子琴</p><p><b>　　一、前言：</b></p><p>　　我們生活在一個信息時代，各種電子產(chǎn)品層出不窮，作為一個電子信息專業(yè)的學(xué)生，了解這些電子產(chǎn)品的基本組成和設(shè)計原理是十分必要的，我們學(xué)習(xí)的是51單片機原理與應(yīng)用，而課程設(shè)計正是對我們學(xué)習(xí)的理論的實踐與鞏固。本設(shè)計主要介紹的是基于51單片機的簡易電子琴，設(shè)計

2、的一個具有若干功能的簡易電子琴，本設(shè)計使用的語言是匯編語言。</p><p><b>　　二、設(shè)計目的：</b></p><p>　?。?）能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件等方面的知識有進一步的認(rèn)識，獨立對其進行測試與檢查；</p><p>　?。?）熟悉8051單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理使用其內(nèi)部寄存器，能夠完成匯編語言編程設(shè)計工作；</p

3、><p>　?。?）為實現(xiàn)預(yù)期功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行快速的調(diào)試，并能夠?qū)δ芄收线M行分析，急時修改相關(guān)軟硬件；</p><p>　?。?）對軟件編程，排錯調(diào)試，相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。</p><p><b>　　三、系統(tǒng)功能要求：</b></p><p>　　1.具有發(fā)出C大調(diào)為標(biāo)準(zhǔn)音１２３４５６

4、７和1八個音的功能。</p><p>　　2. 設(shè)計完整的原理圖電路，包括時鐘電路、復(fù)位電路以及鍵盤接口電路等。</p><p><b>　　四、實驗原理：</b></p><p>　　音樂產(chǎn)生原理及硬件設(shè)計由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)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(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于單

5、片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)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(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。本次設(shè)計中單片機晶振為12MHZ，那么定時器的計數(shù)周期為1MHZ，假如選擇工作方式1，那T值便為T=65536-1000000/2/f相應(yīng)的頻率 ，那么根據(jù)不同的頻率計算出應(yīng)該賦給定時器的計數(shù)值:</p><p>　　采用查表程序進行查表時，可以為這個音符建立一個表格，有

6、助于單片機通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)：</p><p>　　TAB1:DB0FCH,46H,0FCH,0AEH,0FDH,0AH,0FDH,34H,0FDH,82H,0FDH,0C8H,0FEH,06H,0FCH,46H</p><p>　　TAB2:DB0FEH,22H,0FEH,5BH,0FEH,84H,0FEH,9AH,0FEH,0C1H,0FEH,0E4H,0FFH,03H,

7、0FEH,22H</p><p>　　TAB3:DB0FFH,11H,0FFH,2BH,0FFH,46H,0FFH,4DH,0FFH,60H,0FFH,72H,0FFH,81H,0FFH,11H</p><p><b>　　系統(tǒng)整體安排如下：</b></p><p>　　1、按下K1鍵發(fā)出1的聲音。</p><p>　　

8、2、按下K2鍵發(fā)出2的聲音。</p><p>　　3、按下K3鍵發(fā)出3的聲音。</p><p>　　4、按下K4鍵發(fā)出4的聲音。</p><p>　　5、按下K5鍵發(fā)出5的聲音。</p><p>　　6、按下K6鍵發(fā)出6的聲音。</p><p>　　7、按下K7鍵發(fā)出7的聲音。</p><p>

9、　　8、按下K8鍵發(fā)出1的聲音。</p><p>　　9、單片機可采用AT89C51、AT89C52、AT89S52、fosc=12MHz。</p><p>　　10、時鐘電路，復(fù)位電路的設(shè)計。</p><p>　　8051單片機根據(jù)不同的琴鍵產(chǎn)生不同的樂曲音符，并經(jīng)過信號放大，由喇叭放出。系統(tǒng)整體方案如圖所示：</p><p><b&

10、gt;　　五：實驗步驟：</b></p><p>　　1、硬件系統(tǒng)原理圖如圖：</p><p>　　2、頻率、聲音的實現(xiàn)和產(chǎn)生</p><p>　　單片機的頻率和聲音輸出的原理是，利用琴鍵控制定時器的開中斷和閉中斷，即實現(xiàn)發(fā)音和閉音。在此期間再通過對定時器的定時時間進行控制來產(chǎn)生不同頻率的方波，驅(qū)動嗡寧器發(fā)出不同音階的聲音。把相應(yīng)琴鍵對應(yīng)的音符變換為定常

11、數(shù)，作為數(shù)據(jù)表格存放在存儲器中。由程序查表得到定時常數(shù)，用以控制定時器產(chǎn)生方波的頻率。當(dāng)下一個琴鍵按下時，再查下此琴鍵所對應(yīng)音符的定時常數(shù)。依次進行下去，就可以演奏出自己所要的歌曲。</p><p><b>　　3、鍵盤的方案選擇</b></p><p>　　此系統(tǒng)琴鍵輸入是通過獨立式鍵盤來完成的。由于8051單片機的八位I/O口足以能實現(xiàn)控制各音階的輸出，并且獨立式

12、鍵盤的編程容易易懂，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)起來方便，而且每個按鍵單獨占有一根I/O接口線,每個I/O口的工作狀態(tài)互不影響，所以采用獨立式鍵盤。P1.0~P1.7 口分別對應(yīng)琴鍵1~7輸入，如下圖所示。</p><p>　　4、關(guān)于鍵盤的抖動問題的分析和解決</p><p>　　當(dāng)用手按下一個鍵時，如圖所示，往往按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個鍵時，也回會出現(xiàn)類似

13、的情況。這就是抖動。抖動的持續(xù)時間隨鍵盤材料和操作員而異，不過通?？偸遣淮笥?0ms。很容易想到，抖動問題不解決就會引起對閉合鍵的識別。</p><p>　　用軟件方法可以很容易地解決抖動問題，這就是通過延遲10ms來等待抖動消失，這之后，再讀入鍵盤碼。</p><p>　　延遲10ms的程序為：</p><p>　　MOV R1, #100

14、 ；執(zhí)行次數(shù)為1</p><p>　　D1: MOV R2, #98 ；執(zhí)行次數(shù)為100</p><p>　　NOP ；執(zhí)行次數(shù)為100</p><p>　　D2: DJNZ R2, D2 ；執(zhí)行次數(shù)為100ⅹ98</p><p>　

15、　DJNZ R1, D1 ；執(zhí)行次數(shù)為48</p><p>　　延遲時間與指令執(zhí)行時間有密切的關(guān)系，在使用6MHz晶振時，一個機器周期為 0.5μs，執(zhí)行一條MOV指令時間為0.5μs, 執(zhí)行一條DJNZ指令時間為1μs。</p><p>　　則實際延遲時間=1ⅹ0.5+100ⅹ0.5+100ⅹ0.5+100ⅹ98ⅹ1+98ⅹ1=99.985≈10ms。<

16、;/p><p><b>　　5．放大電路分析</b></p><p>　　此部分的放大電路簡單容易實現(xiàn)?？梢圆捎靡粋€小功率PNP型硅管2N2905，利用“分壓偏置式工作點穩(wěn)定直流通路”，達到了對靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。分壓電阻分別選擇1K和5.5K。蜂鳴器一端接+5V電壓，一端接晶體管的發(fā)射極。由P2.7輸出預(yù)定的方波，加到晶體管進行放大，再輸出到嗡寧器，很好的實現(xiàn)了頻率、聲音

17、的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　6．時鐘電路和復(fù)位電路的論證和分析：</p><p>　　此系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。</p><p>　　MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以

18、及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12 MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。</p><p>　　復(fù)位電路的論證和分析：</p><p>　　MS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電

19、路是復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路，如圖所示。當(dāng)時鐘頻率選用12MHz時，C取22μF，R2約為100Ω，R1約為10KΩ。</p><p><b>　　六、系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><

20、p>　　1、系統(tǒng)程序流程如圖所示：</p><p><b>　　2、程序清單：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p><b>　　LJMP MAI</b></p><p>　　ORG 000BH</p><p><b>　　LJ

21、MP TIM</b></p><p>　　MAI: MOV P1,#0FFH</p><p>　　CLR TR0 ；關(guān)閉上一次定時，進入下一次按鍵判斷</p><p>　　MOV TMOD, #01H</p><p>　　MOV IE, #82H</p><p>　　MO

22、V A, P2.7</p><p>　　MOV 30H, A ；保存鍵盤狀態(tài)值 </p><p>　　LCALL D10MS ；延遲10ms消除抖動</p><p>　　MOV A , P2.7 ；再讀鍵盤狀態(tài)</p><p>　　CJNE A, 30H,

23、MAI ；兩次結(jié)果不同，是抖動引起，轉(zhuǎn)MAI</p><p>　　MAIN: MOV R7,#00H ；判斷哪個鍵按下</p><p>　　JNB P1.0,KEY</p><p>　　MOV R7,#02H</p><p>　　JNB P1.1,KEY</p><p>　　MOV

24、R7,#04H</p><p>　　JNB P1.2,KEY</p><p>　　MOV R7,#06H</p><p>　　JNB P1.3,KEY</p><p>　　MOV R7,#08H</p><p>　　JNB P1.4,KEY</p><p>　　MOV R7,#0AH</p

25、><p>　　JNB P1.5,KEY</p><p>　　MOV R7,#0CH</p><p>　　JNB P1.6,KEY</p><p>　　MOV R7,#0EH</p><p>　　JNB P1.7,KEY</p><p><b>　　AJMP MAIN</b>&l

26、t;/p><p>　　KEY:JNB P2.0,LTUNE ；判斷低音、中音、高音哪個鍵按下</p><p>　　JNB P2.1,MTUNE</p><p>　　JNB P2.2,HTUNE</p><p>　　LTUNE:MOV DPTR,#TAB1 ；低音，查找表TAB1賦給DPTR，跳至CON<

27、/p><p><b>　　AJMP CON</b></p><p>　　MTUNE:MOV DPTR,#TAB2 ；中音，查找表TAB2賦給DPTR，跳至CON</p><p><b>　　AJMP CON</b></p><p>　　HTUNE:MOV DPTR,#TAB3

28、；高音，查找表TAB3賦給DPTR，跳至CON </p><p><b>　　AJMP CON</b></p><p>　　CON: SETB P2.7</p><p>　　MOV R2,#0FFH</p><p>　　CON1: MOV A,R7</p><p>　　MOVC A,@A+

29、DPTR </p><p>　　MOV TMOD,#01H</p><p>　　MOV TH0,A</p><p><b>　　CLR A</b></p><p><b>　　INC A</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p>&l

30、t;p>　　MOV TL0,A</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　AGA1: JBC TF0,SHI</p><p>　　SJMP AGA1 </p><p>　　SHI: CPL P2.7</p><p>　　DJNZ R2,CON1&

31、lt;/p><p><b>　　SJMP MAIN</b></p><p>　　TIM: MOV TH0, R1 ；重裝定時器初值</p><p>　　MOV TL0, R0</p><p><b>　　CPL P2.7</b></p><p>&

32、lt;b>　　RETI </b></p><p>　　D10MS:MOV R1, #100 ；延時10ms子程序</p><p>　　D1: MOV R2, #98</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　D2: DJNZ R2, D2&

33、lt;/p><p>　　DJNZ R1, D1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB1:DB0FCH,46H,0FCH,0AEH,0FDH,0AH,0FDH,34H,0FDH,82H,0FDH,0C8H,0FEH,06H,0FCH,46H</p><p>　　TAB2:DB0FEH,22H

34、,0FEH,5BH,0FEH,84H,0FEH,9AH,0FEH,0C1H,0FEH,0E4H,0FFH,03H, 0FEH,22H</p><p>　　TAB3:DB0FFH,11H,0FFH,2BH,0FFH,46H,0FFH,4DH,0FFH,60H,0FFH,72H,0FFH,81H,0FFH,11H</p><p><b>　　END </b></p&

35、gt;<p><b>　　程序說明：</b></p><p>　　先復(fù)位，使用指令ORG 0000H，選用計時器T0,P1口作為輸入，先賦1，使用指令MOV P1,#0FFH，然后進行鍵盤消抖，MAIN子程序快里是判斷哪個音符鍵按下，然后跳轉(zhuǎn)到KEY，KEY子程序塊是判斷低音、中音、高音三個鍵之一是否按下，然后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序，低音跳轉(zhuǎn)到LTUNE，中音跳轉(zhuǎn)到MTUNE，高