單片機(jī)課程設(shè)計---電子琴設(shè)計

1、<p><b>　　機(jī)電工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題 目: 電子琴設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)電一體化 </p><p>　　班 級： xxxx班

2、 </p><p>　　學(xué) 號： xxxxxx </p><p>　　學(xué)生姓名： xxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師： xxx </p><p>　　2010年 6 月 2 日 </p><p>&l

3、t;b>　　摘 要</b></p><p>　　電子琴是現(xiàn)代與音樂結(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AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。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個按鍵和揚(yáng)聲器。本

4、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 鍵盤，揚(yáng)聲器，電子琴</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design takes 89C51 SCM as the core of system’s contro

5、l section.In order to achieve the effect of the circuit that performancing the musical instrument,requesting a song,the function of the memory and demonstration,we can carry on software and hardware’s debugging through m

6、anufacturing hardwae circuit and compiling the software’s design.The design applies the principle of the interruption system and fixed time/the counting to performance sound production,and according to the program langua

7、ge </p><p>　　Keyword: Music，Generator，AT89C51</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1前

8、 言1</b></p><p>　　1.1 課題開發(fā)背景1</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.3 課題的主要研究工作1</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計及說明2</p><p>　　2.1系統(tǒng)組成及總體框圖2</p><p>

9、;　　2.2部分硬件方案論述2</p><p>　　2.3硬件電路圖3</p><p><b>　　2.4元件清單3</b></p><p>　　2.4.1 AT89C513</p><p>　　2.4.2 LCD16024</p><p>　　2.4.3鍵盤輸入單元5</p&g

10、t;<p><b>　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計6</b></p><p>　　3.1 使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂節(jié)拍6</p><p>　　3.2使用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖6</p><p>　　3.3 系統(tǒng)總體功能流程圖6</p><p>　　3.4程序描述10</p><p><b&

11、gt;　　4總結(jié)與展望11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　1前 言</b></p><p>　　1.1 課題開發(fā)背景</p><p>　　隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作,因此開發(fā)本系統(tǒng)希望

12、能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣。</p><p>　　基于當(dāng)前市場上的玩具市場需求量大，其中電子琴就是一個很好的應(yīng)用方面。單片機(jī)技術(shù)使我們可以利用軟硬件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而實(shí)現(xiàn)電子琴的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進(jìn)行一定的功能擴(kuò)展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“1”到“A”鍵演奏從低So到高DO等11個音，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。該設(shè)計將十一個琴鍵改成16個，使電子琴的功能更

13、加完美。不但可以實(shí)現(xiàn)對樂曲的演奏，同時還具有存儲音樂、播放歌曲以及顯示按鍵的功能。使該設(shè)計功能更加完善。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　利用AT89C51單片機(jī)自帶資源，設(shè)計一款能實(shí)現(xiàn)彈奏和帶存儲功能的電子琴。</p><p>　　1.3 課題的主要研究工作</p><p>　　本課題設(shè)計的主要工作有以

14、下幾個方面：</p><p>　?。?）設(shè)計出15個音符，隨意彈奏，按“0”鍵為音樂休止符，不發(fā)聲，用它時間的長短表示休止時間的長短。</p><p>　?。?）用功能鍵轉(zhuǎn)換成歌曲演奏，可播放預(yù)存的音樂。</p><p>　?。?）可存儲現(xiàn)場彈奏的音樂。</p><p><b>　　[擴(kuò)充功能]：</b></p&g

15、t;<p>　?。?）采用LCD顯示信息，開機(jī)時有歡迎提示符，播放時顯示歌曲序號（或名稱）。</p><p>　?。?）顯示樂曲播放時間或剩余時間。 </p><p>　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計及說明</p><p>　　2.1系統(tǒng)組成及總體框圖</p><p>　　硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)

16、中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。</p><p>　　該設(shè)計要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。該設(shè)計具有11個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂，因

17、為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2部分硬件方案論述</p><p>　　LCD1602顯示方式的方案比較。</p><p>　　方案一：采用花樣顯示，花樣顯示是指lcd顯示某一屏字符

18、時，采取從左到右或者是從右到左的整屏移動的顯示方式。在這種顯示方式下，給人的感覺就是程序是在執(zhí)行的，同時如果控制好了移動一屏的時間間隔的話，在整體視覺上可以達(dá)到很好的效果。</p><p>　　方案二：采用靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示是指lcd顯示某一屏字符時，時鐘保持當(dāng)前字符的顯示，不使用移屏顯示。便于控制，同時能夠滿足正常的顯示效果。</p><p>　　由于在顯示中存在播放時間的動態(tài)變化，這樣

19、的話，即使是不產(chǎn)生整屏移動，也能給人動態(tài)感，也易于控制?；谝陨细鞣N特點(diǎn)，我選擇了方案二。</p><p>　　鍵盤連接方式方案比較。</p><p><b>　　方案一：獨(dú)立式鍵盤</b></p><p>　　一個具有16個按鍵的獨(dú)立式鍵盤，每一個按鍵的一端都接地，另一端接AT89C51的I/O口。獨(dú)立式鍵盤每一按鍵都需要一根I/O線，占用A

20、T89C51的硬件資源較多。因此獨(dú)立式鍵盤只適合按鍵較少的場合。鍵盤是一組按鍵或開關(guān)的集合，鍵盤接口向計算機(jī)提供被按鍵的代碼。特點(diǎn)：使用方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。</p><p><b>　　方案二：矩陣式鍵盤</b></p><p>　　我選擇采用4×4矩陣式鍵盤，鍵盤的行線X0～X3通過電阻接P3口低四位，當(dāng)鍵盤沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線X0

21、～X3均呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路，此時該行線的電平將由被短路的列線電平所決定。如果將行線接至單片機(jī)的輸入端口，列線接至單片機(jī)的輸出端口，則在單片機(jī)的控制下使列線Y0為低電平，其余三根列線Y1、Y2、Y3均為高電平，然后單片機(jī)讀輸入口狀態(tài)(即鍵盤行線狀態(tài))，若X0、X1、X2、X3均為高電平，則Y0這一列上沒有鍵閉合，如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和Ｙ0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果Y0這一

22、列沒有鍵閉合，緊接著使列線Y1為低電平，其余列線為高電平，用同樣的方法檢查Y1這一列有無鍵閉合，如此類推。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的掃描。CPU對鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機(jī)方式，CPU空閑時才掃描鍵盤；也可以采取定時控制方式，每隔一段時間，CPU對鍵盤掃描一次；還可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤發(fā)出的中斷請求，對鍵盤進(jìn)行掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息作相應(yīng)&

23、lt;/p><p>　　因?yàn)槿绻捎锚?dú)立式鍵盤AT89C51的I/O口對于方案一來說將是很浪費(fèi)資源的，為了節(jié)省I/O口，同時使設(shè)計顯得比較美觀，我選用方案二——矩陣連接式鍵盤。為了能夠較為簡單的編程，和節(jié)省CPU的資源，我們采用定時掃描，每隔一段時間，CPU對鍵盤掃描一次，并將鍵值讀入。</p><p><b>　　2.3硬件電路圖</b></p><

24、p>　　系統(tǒng)硬件電路圖如圖2-2所示。</p><p><b>　　2.4元件清單</b></p><p>　　因?yàn)樾〗M是分工協(xié)作的，我們主要的工作是設(shè)計鍵盤輸入模塊，后面將會具體介紹。</p><p>　　2.4.1 AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（

25、FPEROM—Flash 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)。</p><p>　　主要特性：與MCS-51 兼容 、4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 、壽命：1000寫/擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時間：10年 、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 、三級程序存儲器鎖定 、128×8位內(nèi)部RAM 、32可編程I/O線 、兩個

26、16位定時器/計數(shù)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(nèi)振蕩器和時鐘電路。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)硬件連接圖</p><p>　　2.4.2 LCD1602</p><p>　　圖2-3 16×2的液晶顯示屏LM016L</p><p>　　1602LCD的指令說明及時序</p>

27、<p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-1所示.</p><p>　　表2-1 1602液晶模塊控制指令</p><p>　　2.4.3鍵盤輸入單元</p><p>　　采用16個button，分別代表低音到中音的兩個八度的音；而P2.7端口的SW1則是對選擇是從sounder中播放的是從鍵盤輸入的聲音的響應(yīng)還是內(nèi)置音樂編碼

28、的響應(yīng)。鍵盤硬件連接如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 鍵盤連接圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　本軟件設(shè)計關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡單音樂發(fā)生器，它由16個音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。</p><p>　　3.1 使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂節(jié)拍</p><

29、;p>　　除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時來實(shí)現(xiàn)，如果1/4拍的延時是0.4秒，則1拍的延時是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個定時/計

30、數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調(diào)）具體如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 音樂節(jié)拍表</p><p>　　3.2使用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖</p><p>　　了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符

31、和對應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時計數(shù)的關(guān)系。</p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值T的對照如表3-2所示。</p><p>　　T的值決定了TH0和TL0的值，其關(guān)系為：TH0=T/256，TL0=T%256</p><p

32、>　　3.3 系統(tǒng)總體功能流程圖</p><p>　　該程序設(shè)計思路比較清晰既從開始到聲明變量與函數(shù)再到讀取按鈕開關(guān)，判斷是否按下，然后就是一個一個按鈕的動作。其主程序框圖如圖3-1所示。</p><p>　　表3-2 音符頻率與計數(shù)值T的對照表</p><p>　　圖3-1 主程序框圖</p><p>　　按鍵子程序流程圖如圖3-2所

33、示。</p><p>　　圖3-2 按鍵子程序流程圖</p><p><b>　　3.4程序描述</b></p><p>　　系統(tǒng)啟動后，先對LCD1602進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入對功能鍵進(jìn)行判斷的階段，此后形成兩個分支：一個分支是對矩陣鍵盤控制音符的輸出，另一個分支是內(nèi)置音符的輸出。此兩個分支我分別寫在兩個頭文件中：ctlmusic.h 和 ct

34、llcd1602.h 。</p><p>　?。ㄐ枰尤氩糠执a進(jìn)行分析）</p><p><b>　　4總結(jié)與展望</b></p><p>　　此次課程設(shè)計，系統(tǒng)部分功能已實(shí)現(xiàn)?？梢圆シ糯鎯ρ葑嘁皇紫矚g的曲子，基本達(dá)到預(yù)定的效果。在設(shè)計的過程中，小組各成員各負(fù)其責(zé)，設(shè)計不同模塊。不僅提高了設(shè)計的效率，而且體現(xiàn)了實(shí)踐動手及團(tuán)隊(duì)合作的精神。<

35、;/p><p>　　本次課程設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計提高了我們運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識來解決面臨實(shí)際問題的能力。為了盡早完成作品，我們堅(jiān)持努力，經(jīng)過課下大量的實(shí)踐操作，我們豐富了各種器件常識，收獲了難得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 譚會

36、生,張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用（第二版）[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2001年9月第1版</p><p>　　[2] 徐志軍,王金明,伊廷輝等. EDA技術(shù)與PLD設(shè)計[M].人民郵電出版社, 2006年2月第1版</p><p>　　[3] 趙鑫，蔣亮,齊兆群等.數(shù)字電路設(shè)計[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2005年6月第一版.</p><p>　　[4] 蘇家健、

37、曹柏榮、汪志鋒，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].高等教育出版社</p><p>　　[5] [美]Ashish Wilfred Meeta Gupta Kartik Bhatnagar著,劉永明，賀民譯， php專業(yè)項(xiàng)目實(shí)例開發(fā)[J].水利水電出版社，2003</p><p>　　[6] 于海生，微型計算機(jī)控制技術(shù)選編[M].清華大學(xué)出版社，1999.</p><p>