基于51单片机的电子琴设计附原理图PCB和程序.docx
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基于51单片机的电子琴设计附原理图PCB和程序
课程设计说明书
题目:
基于单片机的电子琴设计
院(系):
电子工程与自动化学院
专业:
测控技术与仪器(卓越)
学生:
学号:
指导教师:
2013年9月21日
1摘要……………………………………………………………………1
2关键字…………………………………………………………………1
3设计任务及要求………………………………………………………1
4方案可行性论证………………………………………………………1
5程序框图………………………………………………………………2
6关键单元电路与程序介绍……………………………………………3
6.1复位与震荡电路………………………………………………3
6.24x4矩阵键盘…………………………………………………3
6.3数码管与LED灯………………………………………………4
6.4蜂鸣器…………………………………………………………6
6.5音乐相关知识…………………………………………………7
7调试过程………………………………………………………………11
8总结与体会……………………………………………………………11
9参考文献………………………………………………………………11
10附录……………………………………………………………………12
10.1设备与仪器……………………………………………………12
10.2软件……………………………………………………………12
10.3原件清单………………………………………………………12
10.4原理图与PCB图………………………………………………13
10.5总程序……………………………………………………………14
10.6实物图……………………………………………………………31
【摘要】:
打造一个多功能电子琴,核心是一块单片机。
单片机读取键值,为置定时器赋初值,定时器每溢出一次,驱动蜂鸣器的引脚电平就取反一次,产生相应频率的方波,即音调;设好键值与数码管段码表的对应关系,键按下时,数码管显示对应音调。
一首音乐储存在一个表中,表中的数据是音调与节拍,单片机读取音符的音调与节拍,根据音调赋予定时器初值,根据节拍决定定时器工作的时间,也就是蜂鸣器响的时间,一个接一个地读取音符,即可播放一首歌曲。
节拍用led灯的点亮个数表示。
单片机读取音乐表中的节拍,控制led灯的点亮个数,达到显示节拍的效果。
特别要注意的是:
该方案采用了两个定时器,T0、T1。
T0作为驱动蜂鸣器的定时器,要给予高优先级,不然会被T1干扰,音质变差。
【关键字】:
单片机、stc89c52、电子琴、C51、keil。
【设计任务及要求】:
1.通过按键能够发出相应的音符并播放产生乐音,实现演奏;
2.演奏的同时可数字显示当前的音调,利于培养乐感
3.可以选定播放固定乐曲自动演奏,演奏时LED进行节拍指示;
4.在自动演奏和奏乐的过程中按停止键则中断演奏;
5.可以选择调节音或小。
【方案可行性论证】:
本课题采用stc89c52单片机作为核心器件,实现基本的音乐弹奏、音乐播放、音调显示和音乐节拍指示的功能。
1.音乐弹奏:
通过程序识别4x4矩阵键盘中按下的键的坐标(x,y),
然后根据(x,y)从计数初值表中读取对应的计数初值,赋值给定时器0,定时器产生对应频率的方波,达到播放对应音调的功能。
2.音乐播放:
先建立一个包含一首音乐的音调与节拍的表。
其中,音调就是0x01(低音、do)、0x12(中音、re)、0x23(高音、mi)之类的数;节拍就是0x02(半拍),0x04(一拍)之类的数。
然后,根据音调读取计数初值,再将计数初值赋给定时器T0->开启定时器T0->读取节拍并延时->关闭定时器T0。
这样就发出了一个音,然后再读下一个音的初值与节拍,重复上一个操作即可。
(具体实现方法见附录总程序)
3.数码管显示音调:
①按键:
读出按键坐标(x,y),用if语句来判断(x,y)该给数码管赋什么值,然后从ucharcodenum[]表中读取这个值赋给数码管(例如P0)。
②播放歌曲时:
读入音调,根据音调的值来判断num[i]这个表中的i,再把num[i]赋给P0口。
4.led灯的节拍指示:
采用定时器1来控制,作为节拍指示。
①按键时:
根据按下的时长来控制led的点亮个数,并且是按一定的时间间隔逐个点亮;释放按键时,led灯按一定的时间间隔逐个熄灭,从而达到一种比较简单的节拍指示效果。
②播放音乐时:
根据音符的节拍,控制点亮到哪一个灯,在点亮那个灯之前,前面的灯逐个等时距点亮。
音符结束后,led灯全部一起熄灭。
这样,达到了一个精确显示节拍的效果。
【程序框图】:
【复位与震荡电路】:
原件的参数如图所示。
C1,C2可采用30pF无极性瓷电容;C3可采用10µF记性电解质电容。
值得注意的是,晶振不能随便摸!
尤其在通电工作的时候,触摸容易损坏。
自从摸过一次后,震荡频率变得不稳定,蜂鸣器声音时好时坏。
【4x4矩阵键盘】:
键盘扫描的基本思路是:
先得出触发按键的“行”,即横坐标x,再得出他的“列”,即纵坐标y。
以下是获取横坐标x的代码:
ucharkey_x()/*P1口高位接纵坐标(P1.7-P1.4)低位接横坐标(P1.3-P1.0)*/
{
uchari;
P1=0x0f;/*有按键按下后对应按键的横坐标电位被拉低(注意低电位引脚不能被高电位引脚抬高,只能是低电位拉低高电位)*/
if(P1_0==0)
{delayms(5);//延时5ms去抖动
if(P1_0==0)
i=1;
}
elseif(P1_1==0)
{delayms(5);
if(P1_1==0)
i=2;
}
elseif(P1_2==0)
{delayms(5);
if(P1_2==0)
i=3;
}
elseif(P1_3==0)
{delayms(5);
if(P1_3==0)
i=4;
}
else
i=0;
return(i);//0表示按键未按下
}
获取y的方法与获取x的方法类似,具体可以参考附件总程序。
得到触发按键的坐标(x,y)之后,可以通过x,y的值来确定按键的功能。
例如x==1,y==1时(S1按下),可以让数码管显示1:
if(x==1&&y==1)
P0=led_table[1];
或者更方便一点:
if(x==1)
P0=led_table[y];
就能显示第一行的所有的数了。
【数码管与LED灯】:
数码管:
在本课题中,数码管要显示A-G,1-7,1.-7.,所以段码比较另类。
num[0]的值是没用到的,起占位作用。
ucharcodenum[]={0x00,//共阴极数码管段选码
0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x3d,//a-g
0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,//1-7
0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87//1.-7.
};
编写程序时,要根据实际情况来编写:
比如16个按键不能够把低中高音都全部表示完全,只能选取合适的部分。
我让第一行的按键触发低音4-7,第二行触发中音1-4,第三行触发中音5-7和高音1,第四行触发高音2-5。
这样设置能弹奏大部分曲目。
以下是控制数码管的代码片段:
if(x==1)
P0=num[3+y];//低音4-7
elseif(x==2)
P0=num[7+y];//中音1-4
elseif(x==3)
P0=num[11+y];//中音5-7和高音1
elseif(x==4)
P0=num[15+y];//高音2-5
LED灯:
因为LED灯要按一定的时间逐个点亮或者逐个熄灭,所以我用定时器1来控制它。
定时器1每溢出一次并满足一定条件时flash变量就+1或者-1,然后从led_table[]这个表中读出相应的数赋给P2口。
表:
ucharcodeled_table[]={0xff,0x7f,0x3f,0x1f,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x00};/*发光二极管闪烁表*/
代码:
if(x!
=0&&y!
=0&&flash<8)//最大加到8
++flash;
elseif(x==0&&y==0&&flash>0)//最小减到0
--flash;
P2=led_table[flash];
播放音乐时又有所不同:
播放音乐时,led灯要精确地显示当前音符的节拍,所以if语句里加了一条限制语句:
flash 代码: if(out==1&&flash<8&&flash ++flash; elseif(out==0&&flash>0) --flash; P2=led_table[flash]; 这样做,就能看得出音符的节拍了。 只是,由于led灯的个数有限,所以大于二分音符(2拍)的节拍就无法看到了。 因为8个灯全亮才表示二分音符。 如果当初采用16个灯的话,就没有这个窘境了。 【蜂鸣器】: 蜂鸣器采用一个s8550NPN三极管驱动,一个可变电阻改变音量。 三极管的选用要注意放大倍数,放大倍数太小会导致蜂鸣器声音很小。 最初采用8050就造成了这个问题。 另外,采用P3.0口连接接蜂鸣器是一个错误。 因为P3.0、P3.1是烧写程序用到的接口。 倘若连接了其他器件,每次调试都要拔下烧写线,很不方便。 【音乐相关知识】: 【表6.5.1】音符频率对照表 音符 频率(HZ) 简谱码(T值) 音符 频率(HZ) 简谱码(T值) 低1 DO 262 636280xf88c #4F
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