单片机课程设计 电子琴

长春工业大学课程设计说明书课程设计说明书课程设计名称 单片机原理课程设计（40346581） 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 2013 年 1 月 7 日课程设计任务书课程设计题目： 电子琴起止日期：2013.1 .7-2013.1.11设计地点：单片机原理实验室设计任务及日程安排：设计任务及日程安排：着重提高学生在单片机应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过单片机和硬件和软件设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。 设计要求：设计要求：1） 根据应用系统的要求，初步掌握总体结构设计的方法和构思，从中选择一种最佳设计方案；2） 根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程； 3） 根据任务要求和硬件设计要求，首先画出程序的总体流程图，然后进行各控制模块的程序设计； 4） 掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程。 参考资料：参考资料：1.单片机原理及应用 张毅刚等编，高等教育出版社，2004 年 1 月。2.单片机原理课程设计实验指导书，林志奇，校内印刷，2012 年 12 月。 日程安排：日程安排：201317 上午 动员/布置任务/分组/查资料。201317 下午201319 进行理论设计和形成设计报告。20131102011110 进行实验和完成实验报告。2013111 分组进行考核。 设计报告的总体要求：设计报告的总体要求：每人独立完成设计内容，并提交一份课程设计报告。报告内容包括：设计题目/设计要求/设计方案/硬件电路/软件流程图/程序/工作原理阐述/系统性能分析和心得体会等。考核办法：考核办法：1） 出勤 20%；2） 实验结果 30%；3） 报告 20%；4） 答辩 30%。1 1 设计内容：设计内容：电子琴 2 2 任务及要求：任务及要求：设计一个 51 单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。要求:1.设计 51 单片机最小系统；2.设置至少 10 个按键，能发出 do re mi fa sol la si do;能播放示范曲； 3.能够调节低音、高音和中音。 3 3 总体设计方案：总体设计方案：1）定时/计数器的设计和状态字定义：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T1/5231912s，因此只要令计数器计时 956s/1s956，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是：Nfi÷2÷fr，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：T65536N65536fi÷2÷fr例如：设 K65536，fi1MHz，求中音 DO（261Hz） 。T65536N65536fi÷2÷fr655361000000÷2÷fr65536500000/fr，中音 DO 的 T65536500000/52364580。单片机 12MHZ 晶振，中音符与计数 T0 相关的计数值如表所示：音符频率（HZ）简谱码（T 值） 音符频率（HZ）简谱码（T 值）低 1 DO26263628# 4 FA#74064860#1 DO#27763731中 5 SO78464898低 2 RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030# 4 FA#37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400# 2 RE#124565134# 646664463高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283采用查表程序进行查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音 019 之间，中音在 2039 之间，高音在4059 之间,用单片机播放音乐，或者弹奏电子琴，实际上是按照特定的频率，输出一连串的方波。为了输出合适的方波，首先应该知道音符与频率的关系。 2）音名 主要分成低音、中音和高音三个区域，每个区域都有 12 个琴键。其中的白键， 简谱音符标为 1、2、3、4、5、6、7，大家一般都读成哆、来、咪、发、嗦、 拉、西。按键1234567音符1234567频率值52466069878488098810483）音调数据表单片机发出不同频率的方波，人听起来，就是不同的音调。 上表中的频率数值，有些过多，去掉不常用的黑键频率，只是把白键对应的数 据存放在单片机中，即可满足绝大部分的应用需求。 定义音调数据表的程序如下：DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;64580,低音区:1 2 3 4 5 6 7DW 64580,64671,64777,64820,64898,64968,65030 65058中音区:1 2 3 4 5 6 7DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 65312高音区:1 2 3 4 5 6 7 把这个数据表，放在程序中，需要播音的时候，就从表中取出一个数据送到定 时器，当定时器溢出中断的时候，再对输出引脚取反，那么，在扬声器中，即 可听到上表中频率的声音。 音乐的音拍，一个节拍为单位（C 调）曲调值DELAY 曲调值DELAY调 4/4125ms 调 4/462ms调 3/4187ms 调 3/494ms调 2/4250ms 调 2/4125ms4 4、系统硬件设计：、系统硬件设计： 1）晶振部分 本次采用 12MHZ 晶振，机器周期为 1us，连接两个 30pF 的电容，连接到 的 XATL1， 上面，连接电路图如下：2）音频输出 本次只是简单的使用一个蜂鸣器连接到AT89C51的p1.0口上3）高、中、低及音乐播放键：检测高中低是否按下，来跳转到音阶键上输出不 同频率的音阶音，检测播放是否按下，跳转到示范曲目播放4）AT89C51AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）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 1000 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，。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。 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 5）音阶键部分6）设计电路总体图样5 5、 系统软件设计：系统软件设计： 1）音阶键识别开始P1口低4位为0P1口高四位是否为 1？延时 去抖动P1口高四位是否为 1？NYYN设置行扫描初值扫描从P1口输出读P1口高位该行有键按下即P1 口高位是否全为1形成下一按扫描码到最后一行？键码输出YNNY YY YNYNY NYNYN NY返回开始是否有按键按下是 do re mi fa sol la si do?UP DOWN 键按下？检测是 high ave low 键按下示范音按下？Esm=1？Esm 置 1 TR1 置 1Esm 置 0 TR1 置 0相应的数值 n 加减TR0 置 0do re mi fa sol la si TR0 置 1 TR1 置 0 执行 T0 中 断节拍延时将相应的 freq 附值相应的灯亮Esm=1？6、程序清单：程序清单：KEYBUF EQU 30H STH0 EQU 31H STL0 EQU 32H DELY EQU 33HNUM EQU 34H ORG 0000HAJMP MAIN ;跳转到主函数ORG 000BHLJMP INT_T0 ;音乐输出口ORG 0040HMAIN: MOV TMOD,#01H ;写出计时器控制字，T0 方式计时SETB EA ;开中断总开关SETB ET0 ;允许 T0 中断MOV NUM,#01H；;num 置 1MOV R1,#00HTEST: ;低音检测ANL TH0,#00H ;高位清零ANL TL0,#00H ;低位清零MOV A,P2 ;P2 进入CJNE A,#0FEH,TEST1 ;检测 P2.0 口低音键是否按下MOV DPTR,#TABLE1 ;低音键按下，进入低音表地址AJMP WAIT ;跳转到音阶检测TEST1: ;中音检测CJNE A,#0FDH,TEST2 ;检测 P2.0 中音键是否按下MOV DPTR,#TABLE2 ;中音键按下，进入中音表地址AJMP WAIT TEST2: ;高音检测CJNE A,#0FBH,TEST3 ;检测 P2.0 口高音键是否按下MOV DPTR,#TABLE3 ;高音键按下，进入高音表地址AJMP WAIT TEST3: ;音乐播放检测CJNE A,#0F7H,TEST4 ;检测音乐播放键是否按下 若有按下则转至 EXITLCALL DELAY10MS ;软件延时消抖MOV A,P2CJNE A,#0F7H,TEST4 ;检测播放键是否再次按下MOV A,NUMCJNE A,#01H,EXIT ;检测高低中是否再次按下MOV NUM,#00HMOV DPTR,#TABLE4 ;进入音乐播放表AJMP WA