AT89C51单片机数字电子琴.docx

AT89C51单片机数字电子琴.docx

《AT89C51单片机数字电子琴.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AT89C51单片机数字电子琴.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AT89C51单片机数字电子琴

电子系统设计实验

设计报告

一摘要

介绍了用单片机设计微型电子琴的方法。

给出了电路、程序框图及程序。

本设计包括单片机学习的外设，如LED灯、独立键盘、矩阵键盘、蜂鸣器等。

关键词：

单片机，电子琴，程序。

二设计要求

设计一个简易电子琴。

（1）用喇叭发1、2、3、4、5、6、7、ⅰ。

（2）要求按下按键发声，松开延时一段时间停止。

（3）中间再按别的键则发另一音调的声音。

（4）键盘输入功能。

（5）按键同时对应指示灯点亮，按键结束，指示灯熄灭。

三方案设计

1.音乐产生原理

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：

按键

音阶

参数

S1

中音do

108

S2

中音re

102

S3

中音mi

91

S4

中音fa

86

S5

中音so

77

S6

中音la

68

S7

中音xi

61

S8

高音do

57

2.方案设计

（1）方案一：

采用CPLD外接扬声器、键盘、数码管等。

8个译码输出显示的数码管，以显示目标芯片的32位输出信号，且8个发光管也能显示目标器件的8位输出信号。

时钟为50MHz，输出接扬声器。

具体过程：

主系统可由两个模块组成：

当系统检测到有按键按下时，对应音符的频率由模块1获得，这是一个数控分频器。

由其clk端输入一具有较高频率的信号，分频后输出。

音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数决定，模块2的功能是为模块1提供决定所发音的分频预置值，而此数在模块1输入口停留的时间即为此音符的节拍值。

（2）方案二：

采用单片机外接扬声器、键盘、数码管等。

具体过程：

当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。

如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。

3.方案选择

对比两套方案各有优缺点，方案一采用CPLD，工作速度快，系统稳定，效果好，但是其价格昂贵；而方案二在设计这样小型电子系统方面，无论是效果还是工作速度与方案一都相差不大，而且价格较为便宜。

因此，选择方案二即单片机加外设的方式设计该系统较好。

四系统硬件设计

根据设计题目要求，该系统需要涉及如下几个方面：

（1）电源部分

（2）单片机部分

（3）音频功放部分

（4）扬声器、键盘及LED指示灯部分

1.电源部分设计

由于本系统构造简单，不宜使用自制或者购买的5v稳压电源，采用三节5号电池供电即可。

2.单片机部分设计

根据本系统的特点，采用AT89C51单片机即可完成全部功能。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51单片机引脚图见下图：

（1）主要特性

与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

全静态工作：

0Hz-24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5个中断源

可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

（2）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，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（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。

（3）振荡器特性

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

（4）芯片擦除

    整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3.音频功放部分设计

音频功放部分可用一片LM386来对信号进行放大在输入扬声器发声。

LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。

为使外围元件最少，电压增益内置为20。

但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。

输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。

LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

下图为LM386芯片引脚图：

4.其他部分设计

由该系统特点及设计要求可知，LED、外扩键盘及扬声器用手边能找到的型号即可。

五电路原理设计

1.系统原理框图

2.电路原理图

该系统硬件单路由AT89C51单片机、键盘电路、LM386音频功放电路、扩展电路及扬声器发生组组成。

具体原理图如下：

六驱动程序设计

该系统驱动程序由主程序，发声程序以及延时程序构成。

1.程序：

/*panio.c-电子琴设计*/

#include                                       //包含reg51.h文件

Sbitspeaker=P3^0;                                       //声明喇叭位置

Sbitled=P1;//声明指示灯位置

Unsigned char keys;               //声明变量

 /*声明音阶数组--Do Re Mi Fa So La Si Do#*/

unsignedcharfreq[]={108,102,91,86,77,68,61,57};

voidsound（unsignedchar）;                               //声明发声函数

voiddelay（unsignedchar）;                            //声明延迟函数

//===================主程序=======================//

main（）                                                   //主程序开始

{P2=0xff;                                                //将P2规划成输入口

while

（1）                                                 //while循环

{ keys=~P2;                                             //读取按钮

switch（keys）                                          //判断

{case0x01:

sound（0）;

led=0x01;

break;              //按下S1,发Do音,同时对应指示灯亮

case0x02:

sound

（1）;

led=0x02;

break;                           //按下S2，发Re音，同时对应指示灯亮

case0x04:

sound

（2）;

led=0x04;

break;                           //按下S3，发Mi音，同时对应指示灯亮

case0x08:

sound（3）;

led=0x08;

break;                         //按下S4，发Fa音，同时对应指示灯亮

case0x10:

sound（4）;

led=0x10;

break;                         //按下S5，发So音，同时对应指示灯亮

case0x20:

sound（5）;

led=0x20;

break;                         //按下S6，发La音，同时对应指示亮

case0x40:

sound（6）;

led=0x40;

break;                           //按下S7，发Si音，同时对应指示灯亮

case0x80:

sound（7）;

led=0x80;

break;                         //按下S8，发Do音，同时对应指示灯亮

}

Led=0x00;/按键结束，指示灯灭

}                                                   //while循环结束

}                                                     //主程序结束

//=================发声函数===================//

voidsound（unsignedcharx）                            //发声函数开始

{chari;                                               //声明变量

for（i=0;i<60;i++）                                    //执行60次

{ speaker=1;                                           //输出高电平

delay（freq[x]）;                                 //延迟

speak=0;                                           //输出低电平

delay（freq[x]）;                                //延迟

}                                                   //结束一个音

}                                                    //结束

//==============延时函数==================//

voiddelay（unsignedcharx）                        //延迟函数开始

{unsigned chari,j;                                //声明变量

for（i=0;i<1;i++）                                    //外循环

for（j=0;j<1;j++）;                                //内循环

}                                                    //结束

2.程序框图

七实验总结

1.该系统实现的功能

根据功能需求与电路结构得知，当按钮开关ON时，将可有其连接的输入口读取到低电平，再次制作的一个八键的电子琴，若按S1，则发出中音DO,如按S2,则发中Re……依次类推。

2.实验心得体会

本周单片机原理及应用技术的课程设计，我通过查找资料，设计了简单的电子琴，这个电子琴有八个按键，按下不同的按键可以发出七个不同的音符。

在次过程中，应用PROTEL软件画出相应的原理图，应用KEIL软件编译程序输入PROTEUS仿真软件进行了电路仿真。

在这一系列程序中，了解了产品制作过程，掌握了PROTEL软件KEIL软件PROTEUS仿真软件的应用，还有对单片机工作原理的掌握。

受益匪浅。