【正文】 電子琴?gòu)椬?。關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī)C語(yǔ)言，利用定時(shí)器來(lái)控制頻率，而每個(gè)音符的符號(hào)只是存在自定義的表中。具體要求如下：1. 要求達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡(jiǎn)單的樂(lè)曲。2. 用鍵盤(pán)做出電子琴的按鍵，每鍵代表一個(gè)音符。3. 各音符按一定的順序排列，必須符合電子琴的按鍵排列順序。4. 固定音樂(lè)播放有按鍵控制：“播放”、“彈奏/停止”。5. 彈奏電子琴時(shí)能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時(shí)可以播放內(nèi)置音樂(lè)。 電子琴系統(tǒng)的組成單片機(jī)因體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉而得到廣泛應(yīng)用。AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)微型電子琴的方法，僅需AT89C51最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤(pán)，再接一組發(fā)光二極管用來(lái)指示電子琴的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一個(gè)是音樂(lè)另一個(gè)就是電子琴。音樂(lè)播放部分：樂(lè)音實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)。本文介紹用AT89C51的兩個(gè)定時(shí)器（如T0，T1)控制，在P3. 7腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生樂(lè)音，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)按鍵產(chǎn)生不同的音符，由此操作人員可以隨心所欲的彈奏自己所喜愛(ài)的樂(lè)曲，當(dāng)不想彈奏時(shí)通過(guò)按放歌鍵可以演奏事先存放在單片機(jī)中的幾首動(dòng)聽(tīng)的曲子供消遣。當(dāng)歌曲演奏完時(shí)，通過(guò)按復(fù)位鍵便可回到初始狀態(tài)，這樣就做出了一臺(tái)微型電子琴。由于一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這 樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂(lè)了，當(dāng)然對(duì)于 單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來(lái)產(chǎn) 生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即 可。樂(lè)曲中，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符的時(shí)間常數(shù)和其相應(yīng) 的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)?lè)曲中的所有常數(shù)排列成一個(gè)表，然后由查表程 序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。電子琴?gòu)椬嗖糠郑簩?shí)際上就是把每個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的值經(jīng)過(guò)處理后發(fā)給單片 機(jī)，再在單片機(jī)內(nèi)把數(shù)字當(dāng)作指針指向所對(duì)應(yīng)的音符。 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)通過(guò)電子琴按鍵隨意鍵入所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路， 中央處理器通過(guò)識(shí)別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。通過(guò)這樣可 以不斷的彈奏音樂(lè)。嵌入式電路，按鍵電路，LED顯示電路和兩個(gè)功能鍵組成， 通過(guò)功能鍵可以選擇播放音樂(lè)。其主要模塊由五個(gè)部分組成，具體關(guān)系如圖 21所示：圖 21帶存儲(chǔ)的電子琴框圖上圖即為此次設(shè)計(jì)中的電子琴的硬件結(jié)構(gòu)圖，我們運(yùn)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，用P0口的高四位和P0口的低四位作44矩陣式按鍵的接口，用P2口作數(shù)碼管的接口，用P3. 7作信號(hào)輸出口。第 3 章 硬件簡(jiǎn)介 AT89C51 AT89C51 簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPER0M—F1ash Programmab1e and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件釆用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃存存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 31所示。圖 31 AT89C51的引腳排列 主要的功能特性（1）與MCS51兼容；（2）4K字節(jié)可編程閃存存儲(chǔ)器；（3）壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)；（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；（5）全靜態(tài)工作：0Hz24MHz；（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；（7）1288位內(nèi)部RAM；（8）32可編程I/O線(xiàn)；（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（10）5個(gè)中斷源；（11）可編程串行通道；（12）低功耗的閑置和掉電模式；（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 管腳功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1 口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口: P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口如下所示：P3口管腳備選功能： RXD (串行輸入口)P3. 1 TXD (串行輸出口） /INTO (外部中斷0) /INT1 (外部中斷1) T0 (記時(shí)器0外部輸入） T1 (記時(shí)器1外部輸入） /WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃存編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX, M0VC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(OOOOHFFFFH), 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET。當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。其余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除整個(gè)PER0M陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 矩陣式鍵盤(pán)的識(shí)別和顯示 矩陣式鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)與工作原理在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣 形式。在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線(xiàn)和垂直線(xiàn)在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1 口）就可以構(gòu)成44=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線(xiàn)用于鍵盤(pán)多出了一倍，而且線(xiàn)數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線(xiàn)就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線(xiàn)則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些，列線(xiàn)通過(guò)電阻接正電源，并將行線(xiàn)所接的單片機(jī)的I/O 口作為輸出端，而列線(xiàn)所接的I/O口則作為輸入。這樣，到按鍵沒(méi)有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線(xiàn)輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線(xiàn)就會(huì)被拉低，這樣，通過(guò)讀入輸入線(xiàn)的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識(shí)別及編程方法如下所述。 矩陣式鍵盤(pán)的按鍵識(shí)別方法確定矩陣式鍵盤(pán)上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱(chēng)為逐行（或列）掃描查詢(xún)法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，介紹過(guò)程如下。（1）判斷鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下將全部行線(xiàn)置低電平，然后檢測(cè)列線(xiàn)的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤(pán)中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線(xiàn)與4根行線(xiàn)相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線(xiàn)均為高電平，則鍵盤(pán)中無(wú)鍵按下。（2）判斷閉合鍵所在的位置在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)程。其方法是依次將行線(xiàn)置為低電平，即在置某根行線(xiàn)為低電平時(shí)，其它線(xiàn)為高電平。在確定某根行線(xiàn)位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線(xiàn)的電平狀態(tài)。若 某列為低，則該列線(xiàn)與置為低電平的行線(xiàn)交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 鍵盤(pán)接口必須具有的4個(gè)基本功能(1) 去抖動(dòng)：每個(gè)按鍵在按下或松開(kāi)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為5—20mm。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開(kāi)狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤。去抖問(wèn)題可通過(guò)軟件延時(shí)或硬件電路解決。(2) 防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒(méi)有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題。常用的方法有雙鍵鎖定和N鍵輪回兩種方法。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí)，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼。N鍵輪回，是當(dāng)檢測(cè)到有多個(gè)鍵被按下時(shí)，能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼。(3) 被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問(wèn)題，一般可通過(guò)軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線(xiàn)反轉(zhuǎn)法兩種。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤(pán)逐行掃描，通過(guò)檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來(lái)確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。線(xiàn)反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過(guò)行列顛倒兩次掃描來(lái)識(shí)別閉合鍵，為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸 入/輸出端口。(4) 鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼，一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤(pán)編碼表，通過(guò)查表獲得被按鍵的鍵碼。用AT89C51的并行口 P0接44矩陣鍵盤(pán)，以P0. 0—P0. 3作輸入線(xiàn)，以P0. 4一P0. 7作輸出線(xiàn)；在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“0—F”序號(hào)。 LED數(shù)碼管 數(shù)碼管的分類(lèi)數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多 一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示)；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極 數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線(xiàn)GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。如圖 32所示：圖 32 7段數(shù)碼管 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。(1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O