【正文】 1 所示 圖 21 單片機(jī)控制音調(diào)示意圖 由上圖可知： 單片機(jī)輸出高電平和低電平信號(hào)均為： usTt 11362/ ?? （ 22） 也就是說(shuō)，單片機(jī)上定時(shí)器的中斷觸發(fā)時(shí)間為 1136us。 如果單片機(jī)采用定時(shí)器工作方式 1，它的計(jì)數(shù)脈沖為振蕩器的十二分頻信號(hào)。如果外接晶振的振蕩器頻率為 f0,那么定時(shí)器的預(yù)置初值由下式來(lái)顯示： fTTC ountt0)(12 ???? （ 23） 式中， Count = 216 =65536, THL 是定時(shí)器將要確定的計(jì)數(shù)初值。所以定時(shí)器的高低計(jì)數(shù)器的初值為： 256)12/(256/ 0 ????? ftC ountTTTH （ 24） 4 256)%12/(256%0ftC oun tTTTL ???? （ 25） 如果單片機(jī)外接 12MHz 的晶振，則 MHzf 120 ?，把 t=1136us 和 MHzf 120 ?代入上面的兩式，隨之可以求出標(biāo)準(zhǔn)音高 A 在單片機(jī)定時(shí)器工作方式 1 下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的初值為： F B HTTTH A ?????? 256)12/12113665536(256/ （ 26） HTTTH A 90256)%12/12113665536(256% ????? （ 27） 參考以上的求法，我們就可以得出其他音調(diào)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器的 預(yù)置初值。 在單片機(jī)的晶振頻率 MHzf 120 ?，定時(shí)器在工作方式 1 下定時(shí)器計(jì)數(shù)初值見(jiàn)表 21 音符 頻率 /Hz 計(jì)數(shù)初值 音符 頻率 /Hz 計(jì)數(shù)初值 低 1 DO 262 63628 4 FA 740 64860 1 DO 277 63731 中 5 SO 784 64898 低 2 RE 294 63835 5 SO 831 64934 1 RE 311 63928 中 6 LA 880 64968 低 3 MI 330 64021 6 LA 932 64994 低 4 FA 349 64013 中 7 SI 988 95030 4 FA 370 64185 高 1 DO 1046 65058 低 5 SO 392 64260 1 DO＃ 1109 65085 5 SO 415 64331 高２ＲＥ 1175 65110 低 6 LA 440 64400 2 RE 1245 65134 6 LA 466 64463 高 3 MI 1318 65157 低 7 SI 494 64524 高 4 FA 1397 65178 中 1 DO 523 64580 4 FA 1480 65198 1 DO 554 64633 高 5 SO 1568 65217 中 2 RE 587 64684 5 SO 1661 65235 2 RE 622 64732 高 6 LA 1760 65252 中 3 MI 659 64777 6 LA 1865 65268 中 4 FA 698 64820 高 7 SI 1967 65283 表 21 晶振頻率 MHzf 120 ?定時(shí)器在工作方式 1 下定時(shí)器計(jì)數(shù)初值表 5 節(jié)拍 在一張完整樂(lè)譜開(kāi)頭，都有如 1=C44 、 1=G43 ?? 等等的標(biāo)識(shí)。這里 1=C， 1=G 標(biāo)識(shí)樂(lè)譜的曲調(diào)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是跟音調(diào)有關(guān)系；這里的 44 、 43 用來(lái)表示節(jié)拍。對(duì)于音符的節(jié)拍，以 43 為例。它表示樂(lè)譜中以四分音符為節(jié)拍，每一小節(jié)有三拍。 1= G43 的節(jié)拍示意圖，見(jiàn)圖 12 。 在圖中，總共有三拍： 2 為一拍， 5 為一拍， 6 為一拍。從時(shí)長(zhǎng)角度看， 2 的時(shí)長(zhǎng)為四分音的一半，即為八分音符長(zhǎng)； 4 的時(shí)長(zhǎng)為八分音符的一半，即為十六分音符長(zhǎng)； 5 的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)； 6 的時(shí)長(zhǎng)為四分音符長(zhǎng)。 圖 22 節(jié)拍示意圖 對(duì)于一拍的發(fā)音時(shí)間，如果樂(lè)曲沒(méi)有特殊說(shuō)明，一般說(shuō)來(lái)，一拍的時(shí)長(zhǎng)大約為 400~450ms。如果這里規(guī)定一拍的時(shí)長(zhǎng)為 400ms，那么以四分音符為節(jié)拍時(shí)，四分音符的時(shí)長(zhǎng)為 400ms，八分音符的時(shí)長(zhǎng)為 200ms，十六分音符的時(shí)長(zhǎng)為 100ms。 從而，在單片機(jī)上可采用循環(huán)延時(shí)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制一個(gè)音符唱多長(zhǎng)時(shí)間。首先要編寫一個(gè)精確的基本時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)程序，比如說(shuō)以八分音符的時(shí)長(zhǎng)為基本延時(shí)時(shí)間，那么對(duì)于一個(gè)音符，如果它是四分音符，只需調(diào)用四次延時(shí)程序，如果它是二分音符，則只需調(diào)用八次延時(shí)程序，以此類推。 單片機(jī)電子琴演奏音樂(lè)的方法： 步驟一：將樂(lè)譜中的每個(gè)音符的音調(diào)及節(jié)拍變換成相應(yīng)的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍數(shù)。 步驟二：將這些參數(shù)做成數(shù)據(jù)表格 ，存放在存儲(chǔ)器中。 步驟三：通過(guò)按鍵調(diào)用程序取出一個(gè)音符的相關(guān)參數(shù)，播放該音符。 步驟四：播放完該音符后，等待下一次按鍵調(diào)用程序去取出下一次的音符的相關(guān)參數(shù)，再播放音符。 對(duì)于演奏樂(lè)曲，一般將休止符的音調(diào)參數(shù)設(shè)置為 FFH，節(jié)拍參數(shù)設(shè)置為 00H。 1=G43 6 設(shè)計(jì)可行性 由于本次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用在生活相關(guān)的教學(xué)娛樂(lè)當(dāng)中，所以在設(shè)計(jì)上要盡量的使其變的簡(jiǎn)單安全容易操作。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下： ① 技術(shù)可行性 技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順 利開(kāi)展并完成課程設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。通過(guò)分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 ② 經(jīng)濟(jì)可行性 所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于課程設(shè)計(jì)是提高我們的動(dòng)手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的對(duì)于我們課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可行的。通過(guò)分析后，無(wú)論是在器件價(jià)格或是常見(jiàn)度上均是可行的。 該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： ① 可以隨意彈奏想要表 達(dá)的音樂(lè)； ② 制作簡(jiǎn)單，成本低； ③ 比傳統(tǒng)電子琴功能更完善。 設(shè)計(jì)指標(biāo) 實(shí)現(xiàn)電子琴發(fā)聲控制系統(tǒng)，要求電路實(shí)現(xiàn)如下功能： 利用 LCD 數(shù)碼管作為顯示部件，喇叭作為發(fā)聲部件，設(shè)置 8 個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)高音、中音、低音的 8 的發(fā)音。并在存儲(chǔ)一首歌曲的內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播放。 用 PROTEUS 實(shí)現(xiàn)的電子琴仿真設(shè)計(jì)。 ① 按下音符鍵可以發(fā)出相應(yīng) 的音符 ② 按下音樂(lè)播放鍵可以自動(dòng)播放預(yù)先存在內(nèi)存中的曲子 AT89C52 作為本設(shè)計(jì)的主控芯片，作為大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它擁有高性能、高速度、簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，也具有編程實(shí)現(xiàn)靈活的特性，由于本設(shè)計(jì)主要用于教學(xué)娛樂(lè)方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其簡(jiǎn)單易懂。 3． 硬件電路 通過(guò) LCD 顯示屏、喇叭、鍵盤這一些外部器件，經(jīng)過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)各種音調(diào)和音符的輸入， LCD 顯示屏進(jìn)行被操作的按鍵顯示，用放大電路實(shí)現(xiàn)低音頻信號(hào)的功率放大，然后 通過(guò)調(diào)試用喇叭播放相關(guān)音樂(lè)。 7 簡(jiǎn)易電子琴的組成框圖 圖 31 電子琴系統(tǒng)原理框圖 （ 1） LCD 顯示屏 LCD 液晶 顯示器 是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置 TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設(shè) 置彩色濾光片，通過(guò) TFT 上的信號(hào)與電壓改變來(lái)控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 以此來(lái) 達(dá)到控制 住 每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否 從 而達(dá)到顯示 的 目的。 自然界中的 物質(zhì)有 氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài) 三種型態(tài)。 雖然 液體分子質(zhì)心的排列 沒(méi) 有任何規(guī)律性， 不過(guò) 如果這些分子是 扁形的 ， 那么這些分子 的分子指向就 有 可能 具有 規(guī)律性。 因此人們 就 可以 將液態(tài) 再次 細(xì)分 成好多型態(tài)。 液體直接稱為分子方向沒(méi)有規(guī)律性的液體 ， 如果 分子具有方向性的液體 ，那么就可以稱它為 為 “ 液態(tài)晶體 ” ，簡(jiǎn)稱 “ 液晶 ” 。 生活中的電視、手機(jī)絕大多數(shù)產(chǎn)品都屬于液晶產(chǎn)品，因此，液晶對(duì)于人們的生活來(lái)說(shuō)并不陌生 。液 晶是在 1888 年由 奧地利 植物學(xué)家 萊尼茨爾 （ Reinitzer）發(fā)現(xiàn)的，是一種介于固體與液體之間 且 具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。 (2)時(shí)鐘頻率 由于單片機(jī)只有在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能完成工作。在單片機(jī)內(nèi)部放置一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，它只要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生相定的時(shí)鐘信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，以此決定單 片機(jī)的工作速度。外部振蕩源電路一般選用石英晶體振蕩器，此電路在加電大約延遲 10mS 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 C1， C2，作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 C1,C2 的典型值為 30PF。 晶振電路 AT89C52 供電及復(fù)位電路 發(fā)音電路 鍵盤 LCD 顯示屏 8 工作中的單片機(jī)，由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期或內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的稱為時(shí)鐘周期。時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)是零大小，通常用 fosc 表示。如時(shí)鐘頻率為 6MHz，即 fosc=6MHz，則時(shí)鐘周期為 1/6181。s。 芯片選用 在此次的畢業(yè)課程設(shè)計(jì)中使用 Atmel 公司所開(kāi)發(fā)的 AT89C52 單片機(jī)。 AT89C52 是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)的具有低高性能、低電壓等特點(diǎn)的 CMOS 8 位單片機(jī)，內(nèi)部含有 8KB 的可以不斷修改的程序存儲(chǔ)器和 12B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），它使用了 Atmel 公司的高質(zhì)密、不容易失性存儲(chǔ)的技術(shù)生產(chǎn)，并且和標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)所兼容，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，由于 AT89C52 的強(qiáng)大功能使它可以廣泛的應(yīng)用到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。 AT89C52 的前身是 AT89C51，它在硬件組成、工作特點(diǎn)、引腳排列等方面兼容 Intel 公司的 80C52。 AT89C52 的引腳圖如圖 32。 圖 32 AT89C52 的引腳示意圖 其 主要功能特性： （ 1） 和 MCS51 指令系統(tǒng) 相兼容 （ 2） 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM （ 3） 32 個(gè)雙向 I/O 口 （ 3） 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 （ 4） 時(shí)鐘頻率 024MHz （ 5） 2 個(gè)串行中斷 （ 6） 可編程 UART 串行通道 （ 7） 2 個(gè)外部中斷源 （ 8） 共 6 個(gè)中斷源 （ 10） 2 個(gè)讀寫中斷口線 單片機(jī)最小電路系統(tǒng) 單片機(jī)的最小工 作系統(tǒng)是單片機(jī)加上應(yīng)用程序和合適的外圍器件。 （ 1） 但單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中 ，單片機(jī)是核心部件， 它 能夠自動(dòng)完成 用戶的需求所賦予的任務(wù) 。 （ 2）電源電路單片機(jī)是一種超大規(guī)模集成電路，在該集成電路內(nèi)有成千上萬(wàn)個(gè)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)骨。因 9 此，要使單片機(jī)正常運(yùn)行，就必須為其提供能量，即為片內(nèi)的晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管供給電源，使其能工作在相應(yīng)的狀態(tài)。 （ 3）輸入輸出口線插座： 單片機(jī)通過(guò)輸入輸出口線與外界 來(lái)完成轉(zhuǎn)換信息的任務(wù) 。如，單片機(jī)與外設(shè)的通訊就是通過(guò)輸入輸出口線 來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)輸入輸出口線的驅(qū)動(dòng)能力有限。 當(dāng) 驅(qū) 動(dòng)能力不足 的 時(shí) 候，就 可以在口線上接驅(qū)動(dòng)器。 時(shí)鐘電路可以簡(jiǎn)單定義如下： ① 就是產(chǎn)生象時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。 ② 任何工作都按時(shí)間順序。 構(gòu)成振蕩器的是單片機(jī)背部的一個(gè)高增益反相放大器。通常在引腳 XTALl和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)圖 33 中 X C C2。 圖 33 時(shí)鐘電路 單片機(jī)小系統(tǒng)常采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù) 位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平（圖 1）。一般采用的辦法是在 RST 端和正 電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。 即使 人的動(dòng)作再快也會(huì) 讓 按鈕保持接通 的狀態(tài) 達(dá)數(shù)十毫秒， 因此 ， 它能夠 完全滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 手動(dòng)復(fù)位的要求是，在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行的期間內(nèi)，使用按 鈕開(kāi)關(guān)操作將單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)小系統(tǒng)一般采用手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩種方法