单片机课程设计报告.docx
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单片机课程设计报告
淮阴师范学院物理与电子电气工程学院
课程设计报告
学生姓名
学号
班级
专业
电子信息科学与技术
题目
基于AT89S52单片机多音阶电子琴的设计
指导教师
2012
年
11
月
1任务和设计要求
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,属第四代电子计算机,它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此,单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。
它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件,设计一个电子琴。
以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,在主控模块上设有16个按键和扬声器。
本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏想要表达的音乐。
并且本文分别从原理图,主要芯片,各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
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。
2系统设计
2.2.1播放模块
播放模块是由喇叭构成,它几乎不存在噪声,音响效果较好,而且由于所需驱动功率较小,且价格低廉,所以,被广泛应用。
2.2.2按键控制模块
电子琴设有8个按键,其中7个作为音符输入,另外一个作为模式转换按键,实现用户存放的自动播放歌曲。
7个按键分别代表7个音符,包括中音段的全部音符,通过软硬件设计,模式转换按键触发外部中断,中断使程序跳转,实现模式转换,启动电子琴。
然后通过查询电子琴所按下的按键,读取电子琴输入状态,跳转到对应的程序入口,实现自编歌曲的。
2.3总体硬件组成框图
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,硬件主要有下面几个部分组成。
系统框图
3硬件设计
为了使电子琴的控制系统更加的方便、灵活以及稳定性,我们对系统硬件进行了简约和优化,使硬件更加的实用,更加的人性化,硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块、复位按键模块四大类
3.1电路原理图
3.2主要单元电路
3.2.1中心控制模块的硬件设计
这次设计的中心控制模块是采用AT89S52单片机来控制整个系统。
其中P2口作为输入口,P1口为信号输出口,P1.0连接音响驱动电路。
3.2.2声音播放模块的硬件设计
如下图所示,为声音的播放模块,它接到P1.0口上,当有按键按下时,它通过AT89S52中心控制芯片的识别后发出相应的音符。
3.3元件清单
AT89C52单片机一个,按键16个,30pF电容两个,喇叭一个,LM386音频放大器一个,电阻,电容若干。
4软件设计
4.1程序流程图
T0中断入口
4.2主要功能程序设计
4.1音乐产生的原理
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正确即可。
若要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),再将此周期除以2,
即为半周期的时间。
利用定时器计时半周期时间,每当计时终止后就将P1.0反相,然后重复计时再反相。
就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。
利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式(MODE1)下,改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶,例如,频率为523Hz,其周期T=1/523=1912μs,因此只要令计数器计时956μs/1μs=956,每计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523Hz)。
计数脉冲值与频率的关系式(如式2-1所示)是:
N=fi÷2÷fr 2-1
式中,N是计数值;fi是机器频率(晶体振荡器为12MHz时,其频率为1MHz);fr是想要产生的频率。
其计数初值T的求法如下:
T=65536-N=65536-fi÷2÷fr
例如:
设K=65536,fi=1MHz,求低音DO(261Hz)、中音DO(523Hz)、高音DO(1046Hz)的计数值。
T=65536-N=65536-fi÷2÷fr=65536-1000000÷2÷fr=65536-500000/fr
低音DO的T=65536-500000/262=63627
中音DO的T=65536-500000/523=64580
高音DO的T=65536-500000/1046=65059
单片机12MHZ晶振,高中低音符与计数T0相关的计数值如表2-2所示
表2-2音符频率表
Table2-2notesthefrequencytable
音符
频率(HZ)
简谱码(T值)
音符
频率(HZ)
简谱码(T值)
低1 DO
262
63628
#4FA#
740
64860
#1 DO#
277
63731
中5SO
784
64898
低2 RE
294
63835
#5SO#
831
64934
#2RE#
311
63928
中6LA
880
64968
低3M
330
64021
#6
932
64994
低4FA
349
64103
中7SI
988
65030
#4FA#
370
64185
高1DO
1046
65058
低5SO
392
64260
#1DO#
1109
65085
#5SO#
415
64331
高2RE
1175
65110
低6LA
440
64400
#2RE#
1245
65134
#6
466
64463
高3M
1318
65157
低7SI
494
64524
高4FA
1397
65178
中1DO
523
64580
#4FA#
1480
65198
#1DO#
554
64633
高5SO
1568
65217
中2RE
587
64684
#5SO#
1661
65235
#2RE#
622
64732
高6LA
1760
65252
中3M
659
64777
#6
1865
65268
中4FA
698
64820
高7SI
1967
65283
我们要为这个音符建立一个表格,单片机通过查表的方式来获得相应的数据
低音0-19之间,中音在20-39之间,高音在40-59之间
TABLE:
DW0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,0,0
DW0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0
DW0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0
DW0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0
DW0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0
DW0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0
DW0
音乐的音拍,一个节拍为单位(C调)(如表2-3所示)
表2-3曲调值表
Table2-3Tunethevalueofthetable
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
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。
琴键处理程序,根据检测到得按键值,查询音律表,给计时器赋值,发出相应频率的声音。
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。
在这个程序中用到了两个定时/计数器来完成的。
其中T0用来产生音符频率,T1用来产生音拍。
4.3程序清单
KEYBUFEQU30H
STHOEQU31H
STLOEQU32H
TEMPEQU33H
ORG00H
LJMPSTART
ORG0BH
LJMPINT_T0
START:
MOVTMOD,#01H
SETBET0
SETBEA
WAIT:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.7
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY1
LCALLDELAY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY1
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK1
MOVKEYBUF,#0
LJMPDK1
NK1:
CJNEA,#0DH,NK2
MOVKEYBUF,#1
LJMPDK1
NK2:
CJNEA,#0BH,NK3
MOVKEYBUF,#2
LJMPDK1
NK3:
CJNEA,#07H,NK4
MOVKEYBUF,#3
LJMPDK1
NK4:
NOP
DK1:
MOVA,KEYBUF
MOVB,#2
MULAB
MOVTEMP,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTHO,A
MOVTH0,A
INCTEMP
MOVA,TEMP
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTLO,A
MOVTL0,A
SETBTR0
DK1A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK1A
CLRTR0
NOKEY1:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.6
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY2
LcallDELAY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY2
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK5
MOVKEYBUF,#4
LJMPDK2
NK5:
CJNEA,#0DH,NK6
MOVKEYBUF,#5
LJMPDK2
NK6:
CJNEA,#0BH,NK7
MOVKEYBUF,#6
LJMPDK2
NK7:
CJNEA,#07H,NK8
MOVKEYBUF,#7
LJMPDK2
NK8:
NOP
DK2:
MOVA,KEYBUF
MOVB,#2
MULAB
MOVTEMP,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTHO,A
MOVTH0,A
INCTEMP
MOVA,TEMP
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTLO,A
MOVTL0,A
SETBTR0
DK2A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK2A
CLRTR0
NOKEY2:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.5
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY3
LcallDELAY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY3
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK9
MOVKEYBUF,#8
LJMPDK3
NK9:
CJNEA,#0DH,NK10
MOVKEYBUF,#9
LJMPDK3
NK10:
CJNEA,#0BH,NK11
MOVKEYBUF,#10
LJMPDK3
NK11:
CJNEA,#07H,NK12
MOVKEYBUF,#11
LJMPDK3
NK12:
NOP
DK3:
MOVA,KEYBUF
MOVB,#2
MULAB
MOVTEMP,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTHO,A
MOVTH0,A
INCTEMP
MOVA,TEMP
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTLO,A
MOVTL0,A
SETBTR0
DK3A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK3A
CLRTR0
NOKEY3:
MOVP3,#0FFH
CLRP3.4
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY4
LcallDELAY10MS
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JZNOKEY4
MOVA,P3
ANLA,#0FH
CJNEA,#0EH,NK13
MOVKEYBUF,#12
LJMPDK4
NK13:
CJNEA,#0DH,NK14
MOVKEYBUF,#13
LJMPDK4
NK14:
CJNEA,#0BH,NK15
MOVKEYBUF,#14
LJMPDK4
NK15:
CJNEA,#07H,NK16
MOVKEYBUF,#15
LJMPDK4
NK16:
NOP
DK4:
MOVA,KEYBUF
MOVB,#2
MULAB
MOVTEMP,A
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTHO,A
MOVTH0,A
INCTEMP
MOVA,TEMP
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTLO,A
MOVTL0,A
SETBTR0
DK4A:
MOVA,P3
ANLA,#0FH
XRLA,#0FH
JNZDK4A
CLRTR0
NOKEY4:
LJMPWAIT
DELAY10MS:
MOVR6,#10
D1:
MOVR7,#248
DJNZR7,$
DJNZR6,D1
RET
INT_T0:
MOVTH0,STHO
MOVTL0,STLO
CPLP1.0
RETI
TABLE:
DW64021,64103,64260,64400
DW64524,64580,64684,64777
DW64820,64898,64968,65030
DW65058,65110,65157,65178
END
5系统仿真及调试
Proteus的ISIS事一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统,可仿真各种电路和IC,并支持单片机,元件库齐全,使用方便,可以给我们做电路设计提供方便快捷的仿真效果,让我们事半功倍。
目前支持的单片机类型有:
680以及各种外围芯片0系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、HC11系列。
5.1仿真原理图
5.2调试波形
Keil与proteus联机调试
5.3仿真结果及分析
理论上按不同的键会出现不同的频率的声音,可是我的用proteus和keil联调时却没响,电气规则检查没有错误……
6训练体会
7参考文献
[1]张鑫《单片机原理及应用》[M]电子工业出版社.
[2]周明德《微机原理与接口技术》[M]人民邮电出版社.
- 配套讲稿:
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