單片機課程設(shè)計報告--基于at89s52的簡易電子琴

1、<p>　　《單片機原理與應(yīng)用》課程設(shè)計報告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)- 1 -</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計方案- 1 -</p><p>　　2.1 設(shè)計目的- 1 -</p><p>　　2. 2設(shè)計要求- 1

2、-</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 1 -</p><p>　　3.1 基本原理- 1 -</p><p>　　3.2 芯片及原理圖介紹- 3 -</p><p>　　3.2.1 AT89C52簡介- 3 -</p><p>　　3.2.2 電子琴設(shè)計的原理圖- 3 -</p><

3、;p>　　3.3 各個模塊介紹- 3 -</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 4 -</p><p>　　3.3.2 子系統(tǒng)模塊一- 4 -</p><p>　　3.3.3 子系統(tǒng)模塊二- 5 -</p><p>　　3.3.4 子系統(tǒng)模塊三- 5 -</p><p>　　3.3.5 AT8

4、9C52晶振模塊- 6 -</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計- 6 -</p><p>　　4. 1 軟件設(shè)計總流程圖流程- 7 -</p><p>　　4. 2 軟件程序- 8 -</p><p>　　5 系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件調(diào)試- 8 -</p><p>　　5.1 軟件調(diào)試- 8 -</

5、p><p>　　5、2 硬件調(diào)試- 9 -</p><p>　　6 課程設(shè)計心得體會- 10 -</p><p>　　參 考 文 獻- 11 -</p><p>　　附錄1 源程序- 12 -</p><p>　　附錄2 儀器清單- 16 -</p><p>　　附錄3 系統(tǒng)原理圖

6、- 17 -</p><p><b>　　簡易電子琴</b></p><p><b>　　1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　實現(xiàn)電子琴發(fā)聲控制系統(tǒng)；要求電路實現(xiàn)如下功能：</p><p>　　利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件，兩個數(shù)碼管作為顯示部件，設(shè)置16個按鍵，實現(xiàn)高音、中音、低音的1、2、3、

7、4、5、6、7的發(fā)音。</p><p>　　用PROTEUS實現(xiàn)的電子琴仿真設(shè)計。說明：單片機的工作時鐘頻率為11.0592MHz。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　本次設(shè)計提出了用AT89C52單片機

8、為核心控制元件，設(shè)計一個簡易的電子琴. 本方案以AT89C52單片機作為主控核心，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成核心主控制模塊在主控模塊上設(shè)有4*4個按鍵和蜂鳴器。根據(jù)使用者的操作隨意彈奏想要表達的音樂。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，當然對于單片機來產(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。</p>

9、;<p><b>　　2. 2設(shè)計要求</b></p><p>　　1、4*4鍵盤組成16個按鈕，可以隨意彈奏想要表達的音樂。</p><p>　　2、通過數(shù)碼管顯示按的是哪個鍵，發(fā)出哪個音高。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 </p><p>　　3.1 基本原理 <

10、;/p><p>　　要產(chǎn)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P3.3反相，然后重復(fù)計時再反相。就可在P3.3引腳上得到此頻率的脈沖。利用AT89C52的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（MODE1）下，改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令計

11、數(shù)器計時956μs/1μs＝956，每計數(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：N＝fi÷2÷fr，式中，N是計數(shù)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(chǎn)生的頻率。其計數(shù)初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr</p><p>　　例如：設(shè)K＝65536，fi＝1MH

12、z，求中音DO（261Hz）。T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr，中音DO的T＝65536－500000/523＝64580。</p><p>　　單片機12MHZ晶振，中音符與計數(shù)T0相關(guān)的計數(shù)值如表所示：</p><p>　　用單片機播放音樂，或者彈奏電子琴，實際上

13、是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。為了輸出合適的方波，首先應(yīng)該知道音符與頻率的關(guān)系。</p><p>　　3.2 芯片及原理圖介紹</p><p>　　3.2.1 AT89C52簡介 </p><p>　　AT89C52（圖1-1）為8位低功耗單片機，采用工業(yè)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功

14、能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和GND（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件

15、定義，在本設(shè)計中，P0 端口（32~39 腳）定義為雙向8位三態(tài)I/O接口，它既可以作為通用I/O接口，又可作為外部擴展時的數(shù)據(jù)總線及低8位地址總線的分時復(fù)用口；P1端口（1~8腳）定義為準雙向I/O接口，內(nèi)部具有上拉電阻；P2端口（21~28腳）定義為8位準雙向I/O接口，內(nèi)部具有上拉電阻，可直接連接外部I/O設(shè)備，同時與地址高8位復(fù)用；P3端口（10~17）定義為8位準雙向I/O接口，內(nèi)部具有上拉電</p><p

16、>　　圖1-1 AT89C52 </p><p>　　3.2.2 電子琴設(shè)計的原理圖（見附錄） </p><p>　　3.3 各個模塊介紹</p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機AT89C52為電子琴的控制核心，系統(tǒng)主要包括按鍵彈奏模塊，數(shù)碼管顯示模塊。下面對各模塊的設(shè)計逐一進行論證比較。</p><p>

17、　　3.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　圖2-1 總體硬件組成框圖</p><p>　　實驗中每按下一個琴鍵，單片機能夠檢測到鍵盤的按鍵，并根據(jù)按鍵的位置，通過程序來控制，使喇叭發(fā)出不同頻率（音調(diào)）的聲音，聲音延遲一段時間，等到按鍵放開之后，聲音停止。然后再繼續(xù)掃描,看是否有鍵按下。如此循環(huán)，即可實現(xiàn)基本的琴鍵功能。</p><p>　　3.3.2 子系

18、統(tǒng)模塊一</p><p>　　琴鍵模塊如圖2-2所示，利用AT89C52單片機的P1端口及P2端口與鍵盤（圖2-2 a）、數(shù)碼管（圖2-2 b）的連接。</p><p>　　圖2-2（a) 單片機與鍵盤的連接 圖2-2 （b)單片機與數(shù)碼管的連接</p><p>　　3.3.3 子系統(tǒng)模塊二</p><p>　　播放模塊是蜂鳴器構(gòu)成

19、。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。而且由于所需驅(qū)動功率較小，且價格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　圖2-3 發(fā)聲模塊電路圖 </p&

20、gt;<p>　　3.3.4 子系統(tǒng)模塊三</p><p>　　電子琴設(shè)有16個按鍵，分別代表16個音符，包括中音段的全部音符。通過軟硬件設(shè)計，按鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，實現(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，實現(xiàn)各種琴鍵的聲音。</p><p>　　矩陣鍵盤模塊圖如下：</p><p&g

21、t;　　圖2-4 矩陣鍵盤模塊</p><p>　　3.3.5 AT89C52晶振模塊</p><p>　　XTAL1腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，XTAL2腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端。8952的時鐘有兩種方式：一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體（頻率為1.2~12MHZ）和振蕩電容，振蕩電容值一般取10~30pf,典型值為30pf；另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1

22、接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。下面為方式一電路圖。</p><p>　　圖2-6 晶振模塊</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　軟件是該電子琴控制系統(tǒng)的重要組成部分，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。KEIL C51 µVision2集成開發(fā)

23、環(huán)境是KEIL Software，Inc/KEIL electronik GmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。</p><p>　　4. 1 軟件設(shè)計總流程

24、圖流程</p><p><b>　　4. 2 軟件程序</b></p><p>　　本系統(tǒng)的上位機軟件主要是編輯電子琴播放狀態(tài)的內(nèi)容，在設(shè)計中采用C語言編寫了電子琴控制系統(tǒng)控制和播放內(nèi)容的程序。見附錄一。</p><p>　　5 系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件調(diào)試</p><p><b>　　5.1 軟件調(diào)試。<

25、/b></p><p>　　利用protuse與keil聯(lián)調(diào)，對電路原理圖進行仿真。</p><p>　　當按下K0按鍵的時候，數(shù)碼管顯示如下，同時，蜂鳴器發(fā)出音樂的（音高）。</p><p>　　當按下K6按鍵的時候，數(shù)碼管顯示如下，同時，蜂鳴器發(fā)出音樂（音高。）</p><p><b>　　5、2 硬件調(diào)試。</b&

26、gt;</p><p>　　將焊接好的硬件接到電源上，進行調(diào)試。</p><p>　　按下K0鍵時，數(shù)碼管顯示為‘0’，并且蜂鳴器有發(fā)出相對應(yīng)的音高。</p><p>　　按下K6鍵時，數(shù)碼管顯示為‘9’，并且蜂鳴器有發(fā)出相對應(yīng)的音高。</p><p>　　按下K15鍵時，數(shù)碼管顯示為‘F’，并且蜂鳴器有發(fā)出相對應(yīng)的音高。</p>

27、<p>　　綜合以上幾次操作，發(fā)現(xiàn)硬件調(diào)試成功，硬件的功能與仿真的功能一樣。</p><p>　　6 課程設(shè)計心得體會</p><p>　　通過這次單片機課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎(chǔ)上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。</p&

28、gt;<p>　　在這周的單片機課程設(shè)計中，我合理的安排的時間。提前確定自己要做的課程，以及提前去查找資料，去購買元器件。在這次的課程設(shè)計中，我學(xué)到了很多只是，這些知識在課堂上很難學(xué)到。這次課程讓我受益頗多，無論從知識上還是其他的各個方面。上課的時候的學(xué)習從來沒有見過真正的單片機，只是從理論的角度去理解枯燥乏味。但在實習中見過甚至使用了單片機及其系統(tǒng)，能夠理論聯(lián)系實際的學(xué)習，開闊了眼界，提高了單片機知識的理解和水平。課程設(shè)

29、計中，我加強了自己的動手能力，以及更好的將理論的只是運用到實踐當中去。在這次課程設(shè)計中又讓我體會到了合作與團結(jié)的力量，這實驗中，我也遇到了很多難題，當遇到不會或是設(shè)計不出來的地方，我們就會去詢問同學(xué)和老師，老師都會很認真的給予我們幫助。同學(xué)之間還互相交流，互幫互助，遇到問題能夠相互探討，體現(xiàn)了團結(jié)的力量。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p&

30、gt;　　[1] 楊凌霄. 微型計算機原理與應(yīng)用，中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2008年8月第一版</p><p>　　[2] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社.第五版</p><p>　　[3] 鄧紅. 單片機實驗與應(yīng)用設(shè)計教程 出版日期：2004年05月第1版</p><p>　　[4] 余發(fā)山、王福忠. 單片機原理及應(yīng)用技術(shù). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

31、2008年6月第1 版</p><p><b>　　附錄1 源程序</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p>&l

32、t;p>　　uchar code DSY_Table[]=</p><p>　　{0x7e,0x18,0x6d,0x3d,0x1b,0x37,0x77,0x1c,0x7f,0x3f,0x5f,0x73,0x66,0x79,0x67,0x47};</p><p>　　uint code Tone_Delay_Table[]=</p><p>　　{64021,6

33、4103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,</p><p>　　64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178};</p><p>　　sbit BEEP=P3^0;</p><p>　　uchar KeyNo;</p><p>　　void DelayM

34、S(uchar x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while(x--) for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p&

35、gt;　　void Keys_Scan()//按鍵掃描</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar Tmp,k;</p><p>　　P1=0x0F;//按鍵初始化</p><p>　　DelayMS(2);</p><p>　　Tmp=P1^0x0F;</p&g

36、t;<p>　　switch(Tmp)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1:k=0;break;</p><p>　　case 2:k=1;break;</p><p>　　case 4:k=2;break;</p><p>　　case 8:k

37、=3;break;</p><p>　　default:return;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　P1=0xF0;</b></p><p>　　DelayMS(2);</p><p>　　Tmp=(P1>>4)^0x0F;

38、</p><p>　　switch(Tmp)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1:k+=0;break;</p><p>　　case 2:k+=4;break;</p><p>　　case 4:k+=8;break;</p><p>

39、;　　case 8:k+=12;break;</p><p>　　default:return;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　KeyNo=k;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　v

40、oid play_Tone() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=Tone_Delay_Table[KeyNo]/256;</p><p>　　TL0=Tone_Delay_Table[KeyNo]%256;</p><p>　　BEEP=~BEEP;</p

41、><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2=0xBF;</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>&l

42、t;b>　　IE=0x82;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1=0xF0;//初始值</p><p>　　if(P1!=0xF0)//有按鍵按下</p><p>&

43、lt;b>　　{</b></p><p>　　Keys_Scan();//調(diào)用按鍵發(fā)音子程序</p><p>　　P2=DSY_Table[KeyNo];//顯示按鍵的鍵位</p><p>　　TR0=1;//開中斷</p><p><b>　　}</b></p><p><

44、;b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR0=0;//關(guān)中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DelayMS(2);</p><p><b>　　}</b>&