【正文】 河河 南南 理理 工工 大大 學學 《單片機應用與仿真訓練》設計報告 題目：基于 AT89S52 單片機的電子琴設計 姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導老師： 所在學院： 電氣工程與自動化學院 2021 年 5 月 18 日 河南理工大學本科課程設計報告 1 摘 要 單片機即單 片微型計 算機（ SingleChip Microputer ），是集CPU ,RAM ,ROM ,定時，計數(shù)和多種接口于一體的微控制器。其中 51單片機是各種單片機中最為典型和最有代表性的一種 ,廣泛應用于各個領域。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。 而 單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用 AT89S52 單片機為核心控制元件，設計一個電子琴 ，以單片機作為主控核心，與鍵盤、 蜂鳴 器等模塊組成核心主控制模塊 。 在主控模塊上設有 11 個 按鍵和 蜂鳴 器 ，利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件，兩個數(shù)碼管作為顯示部件，實現(xiàn)高音、中音 、低音的 7的發(fā)聲與顯示，并存儲一首歌曲的內(nèi)容，可實現(xiàn)自動播放。 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，可以利用不同的頻率的組合，構成我們所要的 設定的 音樂，利用單片機的定時 /計數(shù)器 T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，只要 將 一首歌曲的音階對應頻率關系 對照 即可。 本文主要對使用單片機設計簡易電子琴進行了分析，并介紹了基于單片機電子琴 的 硬件組成。利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序 的調(diào)試來詳細闡述。 本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比高等，具有一定的實用和參考價值。 目錄 河南理工大學本科課程設計報告 2 1 概述 ??????????????????????????????? 3 課題開發(fā)背景 ????????????????????????? 3 設計任務與要求 ???????????????????????? 3 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 ?????????????????????? 4 系統(tǒng)組成及總體框圖 ?????????????????????? 4 硬件電路圖 ?????????????????????????? 4 電路總接線圖 ??????????????????????? 4 單片機最小應用系統(tǒng) ???????????????????? 5 數(shù)碼管顯示模塊 ?????????????????????? 7 按鍵及聲音控制模塊 ???????????????? ???? 7 元件 介紹 ??????????????????????????? 8 ?????????????????????????? 8 LED 數(shù)碼管 ???????????????????????? 10 3 軟件設計 ????????????????????? ??????? 12 音樂相關知識簡述 ?????????????????????? 12 利用單片機實現(xiàn)節(jié)拍控制原理 ????????????????? 12 系統(tǒng)總體功能流程圖 ????????????????????? 13 4 Proteus 軟件仿真 ??????????????????????? ? 14 仿真圖形 ?????????????????????????? 14 系統(tǒng)調(diào)試 ?????????????????????????? 14 軟件仿真調(diào)試 ?????????????????????? 14 軟件調(diào)試 ???????????????????????? 15 5 課程設計體會 ?????????????????????????? 16 參考文獻 ????????????????????????????? 16 附：源程序代碼 ????????????????????? ????? 17 1 概述 河南理工大學本科課程設計報告 3 課題開發(fā)背景 隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術正在逐漸改善著人們的學習、生活、工作 ,因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點生活上的樂趣。 基于當前市場上的 玩具市場需求量大 ， 其中電子琴就是一個很好的應用方面。單片機技術使 我們可以利用軟 硬 件實現(xiàn)電子琴的功能，從而 實現(xiàn)電子琴的微型化 ， 可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。 并且可以進行一定的功能擴展。 不但可以實現(xiàn)對樂曲的演奏，同時還具有存儲音樂、播放歌曲以及顯示按鍵的功能，使該設計功能更加完善。 設計任務與要求 利用所給鍵盤的 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7，七個按鍵，能夠發(fā)出 7個不同的音調(diào)，而且有一個按鍵可以自動播放歌曲，要求按鍵按下時發(fā)聲，松開延時一小段時間，中間再按別的鍵則發(fā)另外一音調(diào)的聲音，當系統(tǒng)掃描到鍵盤按下，則快速檢測出是哪一個按鍵被按下，然后單片機的定時器啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出相應的音調(diào)。如果在前一個按下的鍵發(fā)聲的同時有另一個按鍵被按下，則啟動中斷系統(tǒng)。前面的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序。發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 河南理工大學本科課程設計報告 4 系統(tǒng)組成及總體框圖 該設計方案是通過按鍵隨意按下所要表達的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識別，解碼輸出音符，在揚聲器中發(fā)出有效的聲音。通過這樣可以不斷的彈奏我們想要的音符或者是音調(diào)，電路由復位電路，指示燈電路，和功能按鍵電路組成，通過功能鍵可以選擇播放音樂或者彈奏音節(jié)，硬件主要有下面幾個部分組成。 圖 21 電子琴硬件設計框圖 在本設計中，采用 口作為七個音符的輸入，通過按下其中任一個鍵實現(xiàn) 1,2,3,4,5,6,7 的演奏， 口四位作為按鍵輸入實現(xiàn)低、中、高音切換， P0、 P2 口作為顯示輸出，實現(xiàn)音符顯示和音調(diào)顯示， 接蜂鳴器作為聲音輸出，實現(xiàn)音符發(fā)聲和音樂歌曲播放功能。 硬件電路 圖 電路總接線圖 如圖所示，本設計包括單片機芯片 AT89S52 最小應用系統(tǒng)、鍵盤輸入電路、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器發(fā)聲電路等模塊組成。 功 能 選 擇 (彈奏 /播放 ) 鍵盤輸入 AT89S52 單片機 蜂鳴器 發(fā) 聲 數(shù)碼管 顯示 河南理工大學本科課程設計報告 5 圖 電路總接線圖 單片機最小應用系統(tǒng) 單片機加上適當?shù)耐鈬骷ūＷC單片機系統(tǒng)運行的最小外圍器件）和應用程序，構成的應用系統(tǒng)稱為最小系統(tǒng)。包括單片機、復位電路和時鐘電路， 圖 單片機最小應用系統(tǒng)接線圖 河南理工大學本科課程設計報告 6 復位電路采用按鍵復位方式，若要復位，只需按下復位按鈕，此時電源 Vcc經(jīng)電阻器 R R2分壓，在 RST端產(chǎn)生一個復位高電平。 圖 按鍵復位電路圖 時鐘電路用于產(chǎn)生單片 機工作所需要的時鐘信號，時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。單片機本身如同一個復雜的同步時序邏輯電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。 AT89S52 內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 上外接時鐘源即可構成時鐘電路 圖 時鐘電路圖 河南理工大學本科課程設計報告 7 數(shù)碼管顯示模塊 數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽級數(shù)碼管，通過來自單片機 I/O口的電平高低來點亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字 和字符，可以很容易地理解按鍵按下所對應的音符。 圖 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 按鍵及聲音控制模塊 如圖 、 ，音節(jié)按鍵從 P1口進行輸入，實現(xiàn) 1,2,3,4,5,6,7，播放。音調(diào)切換按鍵從 口輸入，實現(xiàn)高、中、低音切換及音樂歌曲播放控制。蜂鳴器接 實現(xiàn)聲音輸出。 圖 按鍵輸入電路圖 河南理工大學本科課程設計報告 8 圖 音調(diào)切換按鍵輸入及發(fā)聲輸出電路圖 元件 介紹 AT89S52 一 、 功能特性： AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi) 容被保存，振蕩器被凍結(jié) ， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止 [1]。 二 、主要性能： 與 MCS51單片機產(chǎn)品兼容、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 、 1000 次擦寫周期 、 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級加密程序存儲器 、32個可編程 I/O 口線 、三個 16 位定時器 /計數(shù)器八個中斷源、全雙工 UART 串河南理工大學本科課程設計報告 9 行通道、低功耗空閑和掉電模式 、 掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、 掉電標識 符 [2]。 三、 管腳說明 : VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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 門電流。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1” 時，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， 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口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。