单片机电子系统课程设计简易电子琴.docx
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单片机电子系统课程设计简易电子琴
单片机课程设计
实训报告
姓名:
陈勇男张笛
学号310808010207310808010225
专业班级:
电气80-2班
指导教师:
设计题目:
简易电子琴
完成时间:
2011年06月28日
目录
目录1
一、引言2
1.1摘要2
1.2课程设计的目的2
1.3课程设计的内容2
二、芯片简介2
2.1.1AT89C51简介2
2.1.2AT89C51主要功能特性3
2.2.1DS18B20简介3
2.2.2DS18B20的工作原理4
三、音乐产生的原理5
四、系统设计6
4.1音乐发声流程图6
4.2程序流程图7
4.3总体电路流程图7
五、总结8
六、参考文献8
附录9
1.1硬件电路图9
2.1程序清单10
一、引言:
1.1摘要:
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AT89C51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10个按键和扬声器。
本系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等,具有一定的实用和参考价值。
1.2课程设计的目的:
巩固和运用所学课程,理论联系实际,提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力,通过对一个简易的八音符电子琴的设计,进一步加深对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识,进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。
巩固所学课堂知识,理论联系实际,提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
为了进一步了解计算机组成原理与系统结构,深入学习Protel技术,用单片机技术编程去控制将会使我们对本专业知识可以更好地掌握。
1.3课程设计的内容:
(1)设计一个简易的七音符电子琴,它可通过三个按键输入来控制高中低音。
(2)演奏时可以选择是手动演奏(由键盘输入)还是自动演奏已存入的乐曲。
(3)能够自动演奏一首乐曲,且乐曲可重复演奏。
二、芯片简介:
2.1.1AT89C51简介:
AT89C51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点:
40个引脚(引脚图如图2—1所示),4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。
图2—1AT89C51芯片引脚图
2.1.2AT89C51主要功能特性:
·兼容MCS-51指令系统
·32个双向I/O口
·2个16位可编程定时/计数器
·全双工UART串行中断口线
·2个外部中断源
·中断唤醒省电模式
·看门狗(WDT)电路
·灵活的ISP字节和分页编程
·4k可反复擦写ISPFlashROM
·4.5-5.5V工作电压
·时钟频率0-33MHz
·128x8bit内部RAM
·低功耗空闲和省电模式
·3级加密位
·软件设置空闲和省电功能
·双数据寄存器指针
三、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弄正确即可。
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4-1所示)是:
N=fi÷2÷fr 4-1
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3—1所示
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
低6LA
440
64400
#2RE#
1245
65134
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
表3—1音符频率表
四、系统设计:
4.1音乐发声流程图:
图4—1
4.2程序流程图:
图4—2
4.3总体电路流程图:
图4—3
五、总结:
将程序烧入芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。
本研究通过制作电子琴,将几个模块很好的融合起来,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。
通过本次课程设计,不仅让我更深入的了解《电子系统设计》这门学科,更使自己有了继续探索的兴趣。
同时也更加掌握了Protel。
对我来说,在之前的学习过程中没有能够很好的掌握电子系统设计的学习,在很多地方还有生疏和遗漏,并且在此次课程设计过程中也遇到困难不能自已独立解决。
但是,通过这次程序设计,除了增加了自己的编程能力,提高了自己的动手能力。
同时我也深感“认真严谨”这个词的重要性,一点点小的马虎,便会导致整个程序不能正常运行。
在今后的学习中,我将继续保持严谨的学习态度。
与此同时,在同学的帮助下,让我体会到了相互学习的重要性,而更让人难以忘怀的是在热烈讨论问题时,那激情横溢的场面。
总之,此次课程设计让我获益匪浅。
六、参考文献:
[1]康年光《电子技术基础(数字部分)》高等教育出版社2005.07
[2]刘乐喜《微机计算机接口技术及应用》华中科技大学出版社2005.08
[3]谢嘉奎《电子线路(线性部分)》高等教育出版社2004.04
[4]潭浩强《C语言程序设计》清华大学出版社2005.07
[5]李群芳、肖看《单片机原理、接口及应用—嵌入式系统技术基础》清华大学出版社2005.03
附录:
1.1硬件电路图:
2.1程序清单:
答辩:
问:
如何解决发音音色单调问题?
答:
发音单调可以通过以下几点解决:
(1)可以在触发扬声器发生的程序中将调用的音频编码更加的多样化。
(2)编写一个与改变音色精度的程序,使之能够指导发出精度更高的音色。
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- 关 键 词:
- 单片 机电 子系统 课程设计 简易 电子琴