单片机课设设计论文基于STC89C51单片机的简易电子琴设计

1、单片机课程设计论文题 目：基于单片机的简易电子琴设计 学 院：机电工程学院 专 业：电气工程及其自动化 姓 名: # # # 指导教师: 完成日期: 2012-12-27 目 录摘要1绪论.21方案论证31.1原理图31.2主体方案31.3系统方案设计及主控芯片介绍41.3.STC89C51简介51.3.1单片机工作原理81.3.2数码管132实现过程142.1.1 程序设计内容142.1.2 I/O并行口直接驱动LED显示142.2 音乐产生的方法152.2.1 原理152.2.2 程序框图163全文总结173.1结束语18参考文献19附录201.电路原理图202.程序框图213.系统流程图224.语言源程序23摘 要在现代各种生活中，电子琴作为一种音乐型玩具 ，广泛用于与人们的日常生活中。市场上有各种各样的电子琴。特别是日本产的，音质优美，它是有专门的音乐控制芯片制造的。由于其价格较贵，无法大面积普及，且功能单一。用89c51作为主控中心，研制一种简易的微型电子琴，尽可能地体现较好的音质来，是一种可做的尝试。 以单片机为核心设计的简易电子琴系统，由按键扫描电路、声音产生驱动电路、复

2、位电路、等模块组成的，是一种比较实用、廉价的电子玩具。 本论文所设计的简易电子琴，它分为两大部分，硬件电路的设计和软件的设计。硬件电路的设计以AT89S51单片机为控制主板，辅以外围的扩展设备蜂鸣器、矩阵键盘、共阳数码管，形成一个可被控制的显示系统。软件设计通过控制单片机内部的定时器T0来产生不同频率的方波,驱动喇叭发出不同音节的声音.再利用延迟来控制发音时间的长短,即可控制音调中的节拍.把乐谱中的音符对应的频率转换为定时常数,把相应的节拍变换为定时常数,然后作成表格存放在储存器中,由程序查表得到定时常数和延时常数,分别用以控制定时器产生方波的频率和该频率方波的持续时间.当延迟常数到时,再查下一个音符的定时常数和延迟常数.依次进行下去,就可演奏悦耳动听的音乐.主要实现 1能够发出1.2.3.4.5.6.7等七个音符。2能自动演奏完，自选的一首歌曲两种功能。 绪 论 本次设计的简易电子琴在其功能上能用单片机控制蜂鸣器发声，拟合出乐曲曲调。能够相应按键，进行简单的乐曲弹奏。 本次设计是以单片机为基础,在论文中大概讲述了一下单片机的原理。 在此次设计中，简易电子琴的外围设备主要有以下二个部分

3、： 1、发声器件的选择：发声器件比较多，例如喇叭、蜂鸣器、电铃等。这次发声元件采用蜂鸣器，蜂鸣器价格便宜，控制简单，广泛用于各种电子产品和玩具。本设计为保证声音的响亮，通过三极管进行电流放大，增加声音的响度。 2、 按键部分的设计：在本电路的按键接口设计，按键数量比较多。 3、数码管显示电路：为指示出当前演奏的曲目标号和显示当前按下的键号，我们采用1位数码管作为显示部件，为了节省成本，采用I/O口直接驱动数码管。这样设计充分利用了单片机的资源，使此设计才功能上很丰富、完善。1 方案论证1.1原理图1.2主体方案 本文就是从单片机STC89C51入手，通过使用STC89C51的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。该简易电子琴通过控制单片机内部的定时器T0来产生不同频率的方波,驱动喇叭发出不同音节的声音.再利用延迟来控制发音时间的长短,即可控制音调中的节拍.把乐谱中的音符对应的频率转换为定时常数,把相应的节拍变换为定时常数,然后作成表格存放在储存器中,由程序查表得到定时常数和延时常数,分别用以控制定时器产生方波的频率和该频率方

4、波的持续时间.当延迟常数到时,再查下一个音符的定时常数和延迟常数.依次进行下去,就可演奏悦耳动听的音乐显示电路（89C51）主控模块键扫描电路发声电路1.3 主要芯片简介1.3.1 STC89C51简介一、 单片机的主要性能特点ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，欲先进工艺制造，并带有非易失性FLASH程序储存器。它是一它是一种高性能，低功耗的8位CMOS微处理芯片，。主要性能特点有：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上。数据保存10年，256字节内部RAM 电源控制模式：时钟可停止和恢复；空闲模式；掉电模式。6个中断源4个中断优先级4个8位I/O 口全双工增强型UART3个16位定时/计数器，T9，T1和增加的T2全静态工作方式：024MHz二 、单片机的引脚功能89C51单片机的引脚图见图2.2所示,其中有2条主电源引脚,2条外接晶体引脚,4条控制或其他电源复用引脚,32条I/O引脚。下面分别叙述这些引脚的功能。 图2.2 89C51单片机的引脚图VCC（40脚）：接电源+5V。VSS（20脚）：接地 也就是 GND。XTAL1 （

5、19 脚） 和 XATL2（18 脚）：接振荡电路，单片机是一种时序电路 必须有脉冲信号才能工作 在它的内部有一个时钟产生电路。PSEN（29 脚）：片外 ROM 选通信号,低电平有效.他同样可以驱动8个LSTTL输入。ALE/PROG（30 脚）：地址锁存信号输出端/EPROM 编程脉冲输入端。为了使地址与数据不混淆,通常是先送地址再传送数据。ALE将P0口输出的低8位地址锁存,从而实现低位地址与数据的分离。RST/VPD（9 脚）：复位信号输入端/备用电源输入端。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平，将使单片机复位。VCC掉电期间,此引脚可以接上备用电源,以保存内部RAM的数据不丢失;当VCC低于规定水平时,VPD向内部RAM提供备用电源。EA/VPP（31）：内/外部 ROM 选择端。当EA端保持高电平时，不管是否有内部程序存储器，只访问外部程序存储器。当EA端保持低电平时，访问内部程序存储器。P0 口（P0.0P0.7共8个引脚,既39-32 脚）：双向 三态I/O 口。在访问外部存储器时,可分别用低8位地址线和8位数据线;P0口可以驱动8个LSTTL P1输

6、入。P1 口（P1.0P1.7共8个引脚,既1-8 脚）P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0 口,在EPROM编程和程序验证时,它接受低8位地址,能驱动4个LSTTL输入。P2 口（P2.0P2.7共8个引脚,既21-28 脚）：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0 口, 在EPROM编程和程序验证时,它接受高8位地址,能驱动4个LSTTL输入。P3 口 （P0.0P0.7共8个引脚,既10-17 脚）：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0 口。他是个多用途口。在这8个引脚里，其中P3.2的第二功能是外部中断0申请输入端；P3.3的第二功能是外部中断1申请输入端；P3.4的第二功能是定时器0申请输入端。三 、单片机内部结构及组成结构单片机是由中央处理器（CPU）、片内数据存储器（RAM）、片内程序存储器（ROM）和输入输出接口（I/O口）四大部分组成： CPU是单片机的核心部分。其作用是读入和分析每条指令，根据指令要求控制各个部件执行相应的操作，它包括运算器和控制器两大部分：一是运算器包括算术逻辑部件(ALU)、累加器A、暂存寄存器、寄存器B、程序状态寄存器（P

7、SW），十进制调整电路等。运算器主要用于实现算术/逻辑运算及位操作运算。二是控制器包括时钟发生器,定时控制逻辑,指令寄存器,指令译码器,程序计数器PC,程序地址寄存器,数据指令寄存器DPTR和堆栈指针SP等。控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件。 单片机存储器，单片机在物理上有4个存储空间:片内程序存储器和片外程序存储器, 片内数据存储器和片外数据存储器.8051片内有4KB的程序存储器和256B数据存储器。下面分别介绍程序存储器和数据存储器。程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数。8051单片机内部有4KB的片内ROM和64KB的片外ROM,两者是统一编址的。数据存储器8051内部有256B RAM,片外最多可以扩展64KB RAM。片内256 KB RAM按其功能划分两部分:低128B位片内数据RAM区,地址空间为00H7FH;高128B位特殊功能寄存器的区域.地址空间为80HFFH。内部数据存储器低128单元，8051内部低128B RAM是真正的RAM,可用于暂存运算结果及标志位等.按其用途可以分为三部分:工作寄存器区;位寻址区;用户RAM区。内部RAM的高于128

8、单元是供给特殊功能寄存器使用，因此称特殊功能寄存器： 指令寄存器IR和指令译码器ID。指令寄存器是存放指令代码的地方。当执行指令时，CPU把从程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，然后指令译码器译码后由定时控制电路发生相应的控制信号，最终完成指令所规定的操作。 程序计数器PC是一个16位的计数器。用于存放将要执行的指令地址,CPU每读取指令的一个字节PC便自动加1,指向本指令的下一个字节或下一条指令地址,PC可以寻址64KB范围ROM。 累加器是一个最常用的8位特殊功能寄存器,它可以用于存放操作数,也没有用于来存放运算结果。 寄存器B是一个8位寄存器,主要用于乘法和除法的运算, 状态字寄存器PSW是8位寄存器,用于存放程序运行状态信息,其格式如下图2.3所示 。 图2.3 程序状态字PSWCY（PSW.7）：进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则CY自动置“1”，否则CY置“0”，在进行布尔操作运算时，CY（简称C）作为布尔处理器。AC(PSW.6)：辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若低4位向高4位有进位（或借位）时，AC被置“1”，否则AC被置“0”。在十进制调整指令中AC还作为十进制调整的判别位。F0(PSW.5)：用户标志位。用户可用软件对F0位置“1”或清“0”以决定程序的流向。OV(PSW.2)：溢出标志位，当运算结果溢出时OV为“1”，否则为“0”，此标志位反映了运算结果是否溢出。P（PSW.0）：奇偶标志位。MCS-51单片机采用的是偶校验。当累加器A中“1”的个数为奇数时，P置“1”，否则P置“0”。此位反映累加器A中内容“1”的奇偶性，它常常用于机间通信。RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)：工作寄存器区选择位。用来选择当前工作的寄存器区。用户通过改变RS1 、RS0的内容来选择当前工作寄存器区。 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR是一个16位寄存器,由高位字节DPH和低位字节DPL组成,用来存放16位数据存储器的地址,以便对外部数

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