单片机课程设计上交版.docx
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单片机课程设计上交版
单片机课程设计
附录2源代码……………………………………………………………………….10
第1章概述
我们生活在一个信息时代,各种电子产品层出不穷,作为一个计算机专业的学生,了解这些电子产品的基本组成和设计原理是十分必要的,我们学习的是计算机组成的理论知识,而课程设计正是对我们学习的理论的实践与巩固。
本设计主要介绍的是一个用超高速硬件描述语言VHDL设计的一个具有若干功能的简易电子琴,其理论基础来源于计算机组成原理的时钟分频器。
1.1设计目的
(1)能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识,独立对其进行测试与检查。
(2)熟悉8051单片机的内部结构和功能,合理使用其内部寄存器,能够完成相关软件编程设计工作。
(3)为实现预期功能,能够对系统进行快速的调试,并能够对出现的功能故障进行分析,及时修改相关软硬件。
(4)对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
第2章系统设计
2.1简易电子琴设计方案
设计一简易电子琴,要求能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符。
使用元件:
AT89C51、LM324,喇叭,按键等
1.能够实现基本的琴键功能
即每按下一个琴键,单片机能够检测到键盘的按键,并根据按键的位置通过程序来控制,使蜂鸣器发著不同频率的声音,声音延迟延迟一段时间,等到按键放开后,声音停止。
然后再继续扫描,看是否有键按下,如此循环下去,即实现基本的琴键功能。
2.能够实现调节电子琴银色功能
在键盘上设置功能键,通过按键选择不同的因素。
3.能够实现通过按键自动播放歌曲的功能
在键盘上设置几个功能键,按下之后会根据功能键跳转到自动播放歌曲的程序,来播放相应的歌曲。
2.2系统的总框图
系统的电路结构组成框图如图一:
2.3系统工作原理
乐音实际上是有固定周期的信号。
我们可以用AT89C51的一个定时器(如T1)控制,在P3.4脚上输出方波周期信号,产生乐音。
根据不同的按键,调节T1的溢出时间,可输出不同频率的乐音,这样就做出了一台微型电子琴。
每个乐音的音高(频率)是固定的,表1列出了一个8度以及其上下共16个音的音名、频率及定时器T1初值对照(设晶体频率为6MHz)
音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器来产生这样方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
本次设计中单片机晶振为12MHZ,那么定时器的计数周期为1MHZ,假如选择工作方式1,那T值便为T=216--5﹡105/相应的频率,那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值,电子琴的具体工作原理图如下图所示。
简易电子琴的工作原理图
第3章硬件电路的设计
由于一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
本次设计中单片机晶振为12MHZ,那么定时器的计数周期为1MHZ,假如选择工作方式1,那T值便为T=216--5﹡105/相应的频率,那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值,列出不同音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示:
音符
频率(HZ)
简谱码(T值)
中1DO
523
64580
中2RE
587
64684
中3M
659
64777
中4FA
698
64820
中5SO
784
64898
中6LA
880
64968
中7SI
988
65030
采用查表程序进行查表时,可以为这个音符建立一个表格,有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据:
TABLEDW64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030
键盘电路采用独立式键盘,将P1口作为键盘扫描接口,按键一端接地一端接P1口,P3.4作为音频输出端口,P3.7作为程序运行发光二极管显示输出端口
第4章软件设计
4.1程序流程图
图3.2简易电子琴的工作流程图
4.2程序设计说明
4.2.1对声音的控制
①对音调的控制:
根据不同的按键,对定时器T1送入不同的初值,调节T1的溢出时间,这样就可以输出不同音调频率的方波。
不同音调下各个音阶的定时器
②对音长的控制:
先向定时器T0送入一个固定初值,控制中断循环的次数,从而得到成倍数关系的时间间隔。
按一拍0.64S计算,取1/16拍为最小间隔,即0.04S,为此设定T0的初值为63C0。
③乐谱的编码规则:
对于每个音符,定义用8位二进制数表示。
其中,最高位为1的字符为结束符,当读到最高位为1时,停止播放;低3位存储音阶码,即音阶表的列数,可为000B~111B(1~7和休止符),休止符表示停顿,不发音,只有时间长短属性;第3位和第4位存储音高码,即音阶表的行数,可为00B~10B;第5位和第6位存储音长码,即中断次数,可为00B~10B。
4.2.2对演奏的控制
在手动演奏时,规定先按音调键,后按音阶键。
每次音阶键按下时,调用键盘扫描子程序,获得键值,查询音阶表,获取定时器T1的计时初值,向喇叭输入相应频率的驱动脉冲,发出相应的声音,若按键没有松开,则一直发声;若按键松开,则停止发声。
在自动演奏时,通过选曲键来确定要播放的音乐,根据键值查询曲目表获取所点歌曲的首地址,依次读取歌曲的代码,获得音阶、音调和音长信息,播放相应的音乐。
当读到结束符时,停止播放音乐。
第5章总结
通过一周的紧张工作,终于完成了简易电子琴的设计,这个课程设计使我受益匪浅,他使我了解了硬件设计的整个流程,并且加深了我对计算机组成原理这门的课内容的理解,通过这个课程设计,不仅使我了解了组成原理的脊髓,而且使我对单片机从陌生到初步理解,扩充的我的知识面。
这个课程设计也培养了我们的耐心和毅力,一个小小的错误就会导致结果的不正确,而对错误的检查要求我要有足够的耐心,由于这个课程设计也使我积累了一些经验,相信这些经验在我以后的学习工作中会有很大的作用。
此课程设计也使我了解了单片机设计的方便灵活性,这是我们跨入计算机硬件行业很好的一次锻炼。
参考文献
【1】单片微型计算机接口技术及应用 张淑清姜万录等著编(国防工业出版社 2003年1月)
【2】8051单片机实践与应用 吴金戌沈庆阳郭庭吉编著(清华大学出版社 2001年8月)
【3】微型计算机原理与接口技术 冯博琴主编(清华大学出版社 2004年4月)
【4】新颖实用电子设计与制作 张友汉主编(福建科学技术出版社 2000年1月)
【5】C语言程序设计教程(第二版) 谭浩强等著编(高等教育出版社)
【6】数字电子技术基础简明教程(第二版)余孟尝主编
附录
(一)硬件电路图:
附录
(二)源代码
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPIN0T
ORG000BH
LJMPINT_T0
ORG001BH
LJMPTIME1
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H;初始化堆栈指针
MOV30H,#00;定时器初值清零
MOV31H,#00
MOV32H,#00
MOVP1,#0FFH;设置P1口为输入模式
MOVTMOD,#11H;设置定时器0为工作模式1
SETBEX0
SETBIT0
SETBET0;开定时器0中断
SETBET1
SETBEA;开总中断
CLRTR1
CLRTR0;关闭定时器0
START:
MOVR0,P1
MOVA,32H
JNZINT
CJNER0,#0FFH,KEY1;键盘扫描
SETBP3.7
CLRTR0
SJMPSTART
IN0T:
PUSHACC
MOVA,32H
JNZCLR1
MOV32H,#1
SJMPOVER
CLR1:
MOV32H,#0
OVER:
POPACC
RETI
KEY1:
MOVR1,#0
MOVA,R0
CPLA
LOOP:
CJNEA,#01H,REL
SJMPFU
REL:
RRA
INCR1
SJMPLOOP
FU:
MOVA,R1
MOVB,#2
MULAB
MOVR2,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOV30H,A
MOVA,R2
INCA
MOVCA,@A+DPTR
MOV31H,A
SETBTR0
CLRP3.7
LJMPSTART
INT_T0:
;T0中断服务程序
MOVTH0,30H;定时器赋初值
MOVTL0,31H
CPLP3.4;输出方波
RETI
TABLE:
DB0FCH,44H,0FCH,0ACH,0FDH,09H,0FDH,34H
DB0FDH,82H,0FDH,0C8H,0FEH,06H,0FEH,22H
INT:
MOV40H,#00H;设简谱码指针初始值
NEXT:
MOVA,32H
JZSTOP
CLRP3.7
MOVA,40H;简谱码指针暂存累加器A
MOVDPTR,#TABLE2;设简谱码
MOVCA,@A+DPTR
CJNEA,#00H,PLAY;取到的简谱码不是结束码,传PLAY取节拍码
LJMPSTOP;皇墙崾耄顺?
PLAY:
MOVR3,A;R1暂存简谱码
ANLA,#0FH;取节拍码
MOVR4,A;节拍码暂存R2
MOVA,R3
ANLA,#0F0H;取音符码
CJNEA,#00H,MUSIC;音符码不为0,调发音子程序
CLRTR1;音符码为0,不发音
LJMPDEL
MUSIC:
SWAPA
DECA
MOV22H,A
ADDA,22H
MOVR1,A
MOVDPTR,#TABLE1;取相应计数值
MOVCA,@A+DPTR
MOVTH1,A;暂存高位字节
MOV21H,A
MOVA,R1
INCA
MOVCA,@A+DPTR;取相应计数值的低位字节
MOVTL1,A;暂存低位字节
MOV20H,A
SETBTR1;启动定时器
DEL:
LCALLDELAY
INC40H;指向下一个简谱码
LJMPNEXT
STOP:
CLRTR1;停止计时器
LJMPSTART
TIME1:
PUSHACC;现场保护
PUSHPSW
CPLP3.4;P1.7反相输出,演奏音乐
MOVTL1,20H;重设计数值
MOVTH1,21H
POPPSW
POPACC
RETI
DELAY:
MOVR7,#02H;4/4曲调,演示125ms子程序
DELA1:
MOVR6,#125
DELA2:
MOVR5,#248
DJNZR5,$
DJNZR6,DELA2
DJNZR7,DELA1
DJNZR4,DELAY
RET
TABLE1:
DW64524,64580,64684,64777;简码值
DW64820,64898,64968,65030,65058
DW64400,64260
TABLE2:
DB14H,42H,62H,98H
;歌曲《送别》
DB74H,92H,72H,68H
DB64H,22H,32H,44H,32H,22H
DB3CH
DB64H,42H,62H,94H,04H,82H
DB74H,94H,68H
DB64H,32H,42H,54H,04H,12H
DB2CH
DB74H,94H,98H
DB84H,72H,82H,98H
DB72H,82H,92H,72H,72H,62H,42H,22H
DB3CH
DB64H,42H,62H,94H,04H,82H
DB74H,94H,68H
DB64H,32H,42H,54H,04H,12H
DB2CH
DB42H,62H,72H,41H,61H,41H,31H,22H,0B2H
;歌曲《三个和尚》
DB62H,61H,61H,71H,61H,41H,64H
DB0B2H,0B2H,62H,61H,61H,71H,61H,41H,64H
DB0B2H,0B2H,62H,61H,61H,71H,61H,41H,64H
DB42H,62H,72H,41H,61H,41H,31H,22H,0B2H
DB22H,31H,41H,31H,21H,0A2H,0B4H
DB22H,31H,41H,31H,21H,0A2H,0B4H
DB22H,31H,41H,31H,21H,0A2H,0B4H
DB0A2H,21H,32H,42H,62H,61H,41H,62H,71H
DB42H,41H,61H,42H,32H,22H,31H,21H,0A2H
DB42H,41H,61H,42H,32H,22H,31H,21H,0A2H
DB42H,41H,61H,42H,32H,22H,31H,21H,0A2H
DB62H,61H,42H,62H,71H,61H,72H,62H,71H
DB62H,61H,71H,32H,42H,64H
DB00H
END
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