电子琴.docx
- 文档编号:4036989
- 上传时间:2022-11-27
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:394.93KB
电子琴.docx
《电子琴.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子琴.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电子琴
Protel课程设计
课题:
电子琴
系别:
电气与信息工程学院
专业:
自动化
姓名:
童天驰
学号:
092412136
河南城建学院
目录
一、设计目的3
二、设计任务与要求3
三、总体方案设计3
3.1设计思路及总体框图3
四、硬件电路的设计4
4.1AT89S524
4.2控制电路7
4.3按键电路7
4.4扬声器电路8
4.5时钟电路8
4.6整体原理结构图10
五、软件的设计12
5.1音乐相关知识12
5.2 利用单片机实现节拍控制原理12
5.3程序的设定13
六、PCB制板26
6.1PCB制板流程26
6.2PCB电路图27
七、实物调试28
八、设计总结与体会30
参考文献31
一、设计目的
运用已学的Protel电路设计课程的知识考查解决实际问题的能力和查阅资料的能力。
培养一定的自学能力和独立思考问题、分析问题、解决问题的能力,能通过独立思考、查阅工具书、参考文献,寻找合理的解决方案;完成所选课题的分析设计与PCB电路制作,提升学生的动手能力,实现理论与实践相结合的目的,达到相应技术指标要求。
二、设计任务与要求
1、具有一般演奏功能,利用所给的键盘1,2,3,4,5,6,7,8八个键能够发出八个不同的音调并且要求按下按键发声,松开延时一段时间停止,中间再按其他的案件则发出另一个音调的声音
2、具有自动播放已经存储在内的曲目的功能
三、总体方案设计
3.1设计思路及总体框图
该设计方案是通过按键随意按下所要表达的音符,作为电平送给主体电路,中央处理器通过识别,解码输出音符,在扬声器中发出有效的声音。
通过这样可以不断的弹奏我们想要的音符或者是音调,电路由复位电路,指示灯电路,和功能按键电路组成,通过功能键可以选择播放音乐或者弹奏音节。
在本设计中,采用P1.0-P1.7八口作为七个音符的输入,通过按下其中任一个键实现0,1,2,3,4,5,6,7,的演奏,P3.0-P3.3口四位作为按键输入实现低、中、高音切换,P0、P2口作为显示输出,实现音符显示和音调显示,P3.4接蜂鸣器作为声音输出,实现音符发声和音乐歌曲播放功能。
图3-1电子琴硬件设计框图
四、硬件电路的设计
4.1AT89S52
功能特性:
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
主要性能:
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:
0Hz~33Hz 、三级加密程序存储器 、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
如P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
P3口:
同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出
图4-1AT89S52引脚图
4.2控制电路
该控制电路有三个控制端
该控制电路如图4-2所示
图4-2控制电路
4.3按键电路
在电路板上安装八个按键开关,分别接入对应的电路中来控制输出频率,电子琴键盘采用独立式键盘,其特点为一键一线,各按键相互独立,每个按键各接一条I/O口线,通过检测I/O口输入线的电平状态,可容易的判断哪个按键被按下,该按键电路如图4-3所示。
图4-3按键电路
4.4扬声器电路
发音电路有三极管,电阻和扬声器组成,三极管的基极接在单片机的P2.0端口,通过定时器溢出的时间不同,P2.0端口输出不同频率的高低电平,P2.0输出的脉冲频率不同,三极管导通的频率也不相同,从而扬声器根据不同频率的脉冲发出的声音也不相同,发音电路如图4-4所示
图4-4扬声器电路
4.5时钟电路
时钟是单片机的心脏,单片机的各个功能部件的运行都是以时钟的频率为基准的,有条不紊按部就班的运行工作。
因此时钟频率直接影响单片机的运行速度,时钟电路的质量也直接影响单片机的系统的稳定性。
AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容,就构成了一个稳定的自激振荡器。
时钟电路有两种方式:
①内部时钟方式:
当使用片内振荡器时,XTAL1(19脚)连接外部石英晶体和微调电容,XTAL2(18脚)连接外部石英晶体和微调电容。
②外部时钟方式:
当采用外接时钟源时,XTAL1(19脚)接外部时钟振荡器的信号,XTAL2(18脚)悬空。
该电路采用的是内部时钟方式。
4.6整体原理结构图
图4-6整体电路图
五、软件的设计
本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的简单音乐发生器,它由7音节组成的的键盘,用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏,音乐发生器会根据用户的弹奏,通过喇叭将音乐播放出来。
5.1音乐相关知识
乐音听起来有的高,有的低,这就叫音高,音高是由发音物体振动频率的高低决定的,频率高声音就高,频率低,声音就低,不同音调的乐音是用C、D、E、F、G、A、B表示的,这8个字母就是乐音的音名,它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI、DO,这是唱曲时乐音的发音,所以叫唱名。
音持续时间的长短即时值,一般用拍数表示,休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的,而每个音符对应着不同的频率,这样就可以利用不同频率的组合,加以与拍数对应的延时,构成音乐。
5.2 利用单片机实现节拍控制原理
除了音符以外,节拍也是音乐的关键组成部分。
节拍实际上就是音持续时间的长短,在单片机系统中可以用延时来实现,如果1/4拍的延时是0.4秒,则1拍的延时是1.6秒,只要知道1/4拍的延时时间,其余的节拍延时时间就是它的陪数。
如果单片机要自己播放音乐,那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置,由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的,所以节拍由用户掌握,不由程序控制。
对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成[7]。
音乐的音拍,一个节拍为单位(C调)具体如下表:
表5-2音乐节拍表
曲调值
DELAY
曲调值
DELAY
调4/4
125ms
调4/4
62ms
调3/4
187ms
调3/4
94ms
调2/4
250ms
调2/4
125ms
了解音乐的一些基本知识后可知,产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐,对于单片机而言,产生不同频率有脉冲非常方便,可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号,因此,需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率,以及单片机定时计数的关系。
在本设计中,单片机工作于12MHZ时钟频率,使用其定时/计数器T0,工作模式为1,改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号,T的值决定了TH0和TL0的值,其关系为:
TH0=T/256,TL0=T/256。
5.3程序的设定
#include
#include"SoundPlay.h"
#include"main.h"
/******************************************************************/
//sbitBeepIO=P2^0;//定义音频输出管脚
sbitKEY1=P1^0;//按键1do
sbitKEY2=P1^1;//按键2re
sbitKEY3=P1^2;//按键3mi
sbitKEY4=P1^3;//按键4fa
sbitKEY5=P1^4;//按键5sol
sbitKEY6=P1^5;//按键6la
sbitKEY7=P1^6;//按键7si
sbitKEY8=P1^7;//按键8音乐切换
sbitLED=P0^0;
ucharmusic=0;
ucharn=0;
ucharkey=0;
chartemp1,temp2;//存放初值的中间变量
ucharcodemusic_dat[][2]=//两只老虎音乐数据,下面每一组是【音调【节拍】
//比如说:
1,4。
其中1是音调,在函数中取得1的值然后在table[]中取得相应的音调
//其中4是节拍,通过这个值来确定延时的长短
{
1,4,2,4,3,4,1,4,//第一节
3,4,2,4,3,4,1,4,//第二节
3,4,4,4,5,8,//第三节
3,4,4,4,5,8,//第四节
5,3,6,1,5,3,4,1,3,4,1,4,//第五节
5,3,6,1,5,3,4,1,3,4,1,4,//第六节
1,4,8,4,1,8,//第七节
1,4,8,4,1,8,//第八节
0XFF,0XFF//结束
};
uintcodetable[]={//数组存放的数据是各个音调的初始值
0Xfc,0X8e,0Xfc,0Xed,0Xfd,0X43,0Xfd,0X6a,0Xfd,0Xb3,0Xfd,0Xf3,0Xfe,0X2d};
unsignedintcodetable1[9]={//这个数组里存放的是1-7的音调的初始值
0xfc5b,0xfc8e,0xfced,0xfd43,0xfd6a,0xfdb3,0xfdf3,0xfe2d,0xfb68
};
/*****************************Music***************************************************/
//挥着翅膀的女孩
unsignedcharcodeMusic_Girl[]={0x17,0x02,0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x03,
0x16,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x02,0x18,0x03,
0x17,0x03,0x15,0x02,0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x02,
0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,0x15,0x03,0x16,0x03,
0x17,0x02,0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x1A,0x03,
0x1B,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x17,0x03,
0x18,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,
0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x20,0x03,0x20,0x02,
0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,
0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,
0x1B,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,
0x1A,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x15,0x03,0x17,0x03,
0x16,0x66,0x17,0x04,0x18,0x04,0x18,0x03,0x19,0x03,
0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,
0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,
0x1B,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,
0x1A,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,
0x1F,0x00,0x1A,0x03,0x1A,0x03,0x1A,0x03,0x1B,0x03,
0x1B,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x03,0x19,0x02,0x17,0x03,
0x15,0x17,0x15,0x03,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
0x17,0x04,0x18,0x0E,0x18,0x03,0x17,0x04,0x18,0x0E,
0x18,0x66,0x17,0x03,0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
0x20,0x03,0x20,0x02,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,
0x20,0x03,0x21,0x03,0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,
0x1F,0x66,0x1F,0x04,0x1B,0x0E,0x1B,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,0x1A,0x03,0x19,0x03,
0x15,0x03,0x15,0x03,0x17,0x03,0x16,0x66,0x17,0x04,
0x18,0x04,0x18,0x03,0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,
0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,0x20,0x03,0x1F,0x03,
0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,0x1A,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x00,0x18,0x02,
0x18,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x0D,0x15,0x03,0x15,0x02,
0x18,0x66,0x16,0x02,0x17,0x02,0x15,0x00,0x00,0x00};//同一首歌
unsignedcharcodeMusic_Same[]={0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x66,0x18,0x03,
0x17,0x02,0x15,0x02,0x16,0x01,0x15,0x02,0x10,0x02,
0x15,0x00,0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x02,
0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x02,0x18,0x66,
0x17,0x03,0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x16,0x00,
0x17,0x01,0x19,0x02,0x1B,0x02,0x1B,0x70,0x1A,0x03,
0x1A,0x01,0x19,0x02,0x19,0x03,0x1A,0x03,0x1B,0x02,
0x1A,0x0D,0x19,0x03,0x17,0x00,0x18,0x66,0x18,0x03,
0x19,0x02,0x1A,0x02,0x19,0x0C,0x18,0x0D,0x17,0x03,
0x16,0x01,0x11,0x02,0x11,0x03,0x10,0x03,0x0F,0x0C,
0x10,0x02,0x15,0x00,0x1F,0x01,0x1A,0x01,0x18,0x66,
0x19,0x03,0x1A,0x01,0x1B,0x02,0x1B,0x03,0x1B,0x03,
0x1B,0x0C,0x1A,0x0D,0x19,0x03,0x17,0x00,0x1F,0x01,
0x1A,0x01,0x18,0x66,0x19,0x03,0x1A,0x01,0x10,0x02,
0x10,0x03,0x10,0x03,0x1A,0x0C,0x18,0x0D,0x17,0x03,
0x16,0x00,0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x70,
0x18,0x03,0x17,0x02,0x15,0x03,0x15,0x03,0x16,0x66,
0x16,0x03,0x16,0x02,0x16,0x03,0x15,0x03,0x10,0x02,
0x10,0x01,0x11,0x01,0x11,0x66,0x10,0x03,0x0F,0x0C,
0x1A,0x02,0x19,0x02,0x16,0x03,0x16,0x03,0x18,0x66,
0x18,0x03,0x18,0x02,0x17,0x03,0x16,0x03,0x19,0x00,
0x00,0x00};//两只蝴蝶
unsignedcharcodeMusic_Two[]={0x17,0x03,0x16,0x03,0x17,0x01,0x16,0x03,0x17,0x03,
0x16,0x03,0x15,0x01,0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,
0x16,0x0D,0x17,0x03,0x16,0x03,0x15,0x03,0x10,0x03,
0x10,0x0E,0x15,0x04,0x0F,0x01,0x17,0x03,0x16,0x03,
0x17,0x01,0x16,0x03,0x17,0x03,0x16,0x03,0x15,0x01,
0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,0x16,0x0D,0x17,0x03,
0x16,0x03,0x15,0x03,0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x01,
0x17,0x03,0x16,0x03,0x17,0x01,0x16,0x03,0x17,0x03,
0x16,0x03,0x15,0x01,0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,
0x16,0x0D,0x17,0x03,0x16,0x03,0x15,0x03,0x10,0x03,
0x10,0x0E,0x15,0x04,0x0F,0x01,0x17,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x01,0x19,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x03,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子琴