【正文】 .......... 25 ABSTRACT........................................................... 26 附件 ............................................................... 27 1 引 言 單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集 成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的電子鍵盤樂器。 機(jī)電與車輛工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的多功能電子琴的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 09（ 2）班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 1609090217 指導(dǎo)教師： 日 期： 2021 年 6 月 5 日 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，音樂漸漸成為我們生活中很重要的一部。生活中，我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動(dòng)放音功能等等很好奇。擁有彈奏和自動(dòng)播放功能。 本 設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容是用 AT89S51 單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè) 多功能 電子琴。并且本 設(shè)計(jì) 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(xì)闡述。單片機(jī)技術(shù)可以使 我們利用軟 硬 件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而 實(shí)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。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？欤阅壳暗漠a(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究， 精心設(shè)計(jì)；及時(shí)掌握最新的單片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命力。將 220V 交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流 、濾波，獲得 + 直流電壓。 方案三：采用 AT89S51 單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到 8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。通過分析后，無論是在器件價(jià)格或是常見度上均是可行的。 按鍵選擇方案 傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“ 1”到“ A”鍵演奏從低 SO 到高 DO 等 11 音。 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成及總體框圖 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的單片機(jī)的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)中 所要使用的具體元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂，因?yàn)樗鼪]有足夠的驅(qū) 動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng) 可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼 續(xù)工作。 GND：接地。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。 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 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(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)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 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（ 0000HFFFFH），不 管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。才能顯示出正確的數(shù)字來。在這一 過程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過中斷程序進(jìn)行控制。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，閉合的鍵位于低 電 平線與 4根行線相交叉的 4個(gè)按鍵之中。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為 5— 20mm。被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成。 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)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 ② 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是在單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示方式中應(yīng)用廣泛的一種，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 7 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g的同名端連在一起，此外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通是由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管中的 LED 都會(huì)接收到相同的字形碼，單片機(jī)對(duì)位選通端電路的控制決定到底數(shù)碼管會(huì)顯示出什么字形，因此要使得數(shù)碼 管就顯示出需要的字形只要將需要顯示的數(shù)碼管的相應(yīng)選通控制打開，而沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 //顯示需要顯示的數(shù)值 } 在輸出時(shí)只需設(shè)置對(duì)應(yīng)的代碼即可。 若要產(chǎn)生音頻脈沖 ，則需要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），半周期的時(shí)間為周期除以 2。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率： N＝ fi247。 計(jì)數(shù)初值 T 的求法： T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用 C、 D、 E、F、 G、 A、 B表示的，這 7個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、MI、 FA、 SO、 LA、 SI，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。因此可以設(shè)置低音 do到超高音 do的定時(shí)初值表程序段如下： unsigned int code tab[]= //音符初值表低音 1———— 超高音 1 { 63627,63835,64021,64103, //低音 1 2 3 4 64260,64400,64524,64580,//低音 5 6 7 中音 1 64684,64777,64820,64898,//中音 2 3 4 5 64968,65030,65058,65110,//中音 6 7 高音 1 2 65157,65178,65217,65252,//高音 3 4 5 6 65283,65297 //高音 7 超高音 1 }。 t1 t。 TR1 = 0。 //控制音調(diào) TL1 = timerl。//第 i個(gè)是音符 , 第 i+1 個(gè)是第幾個(gè)八度 timerh = tab[k]/256。 //每隔三個(gè)數(shù)讀一個(gè)音符 if(mid[i+2]== 0 ) //設(shè)置發(fā)音時(shí)長(zhǎng)為 0時(shí)停頓 { delay10ms()。 二極管的工作原理：發(fā)光二極管通常稱為 LED，它們雖然名不見經(jīng)傳，卻是電子世界中真正的英雄。 實(shí)質(zhì)上， LED 是一種容易裝配到電子電路中的微型燈泡。大多數(shù)半導(dǎo)體是由不良導(dǎo)體摻入雜質(zhì)（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質(zhì)的過程稱為摻雜。無論是自由電子數(shù)目的增多還是空穴數(shù)目的增多，都會(huì)增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性。 一個(gè)二 極管由一段 P型材料同一段 N 型材料相連而成，且兩端連有電極。 要使耗盡層消失，必須使電子從 N 型區(qū)域移往 P 型區(qū)域，同時(shí)空穴沿相反的方向移動(dòng)。隨著耗盡層消失，電荷就可以通過二極管。 在這種情形下，空穴 同電子之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)副作用 —— 發(fā)光 !光是一種能量形式，可由原子釋出。在原子結(jié)構(gòu)中，電子在原子核周圍的軌道中運(yùn)動(dòng)。反過來，電子從高能軌道跌落至低能軌道時(shí)則會(huì)釋出能量。這一過程涉及電子從傳導(dǎo)帶到低軌道的跌落，因而電子會(huì)以光子的形式釋放出能量。 3 仿真模型構(gòu)建 本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的多功能音樂播 放器，它由 16個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來；而且也可以演唱預(yù)存的音樂。 對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器來完成。 該軟件的特點(diǎn)是： Proteus 軟件具有其它 EDA 工具軟 件的功能。 在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好 的目標(biāo)代碼文件： *.HEX，可以在 PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。這就在一定程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能。它設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果和過程統(tǒng)一。事實(shí)證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能很大程度的提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的逐漸發(fā)展，從最開始的普遍 使用匯編語(yǔ)言到后來逐漸發(fā)展到使用高級(jí)開發(fā)語(yǔ)言，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在日新月異的發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行的開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從目前各仿真機(jī)廠商均宣布全面支持 Keil 中即可看出。 仿真圖介紹 單片機(jī)： P2口對(duì)應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端； 口做音樂信號(hào)輸出端； P0 口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。注意焊點(diǎn)之間，確保焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。 軟件調(diào)試 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值?；具_(dá)到預(yù)定的效果?？赏ㄟ^改進(jìn)鍵盤識(shí)別模塊和發(fā)生模塊來增加其復(fù)雜度。雖然它沒有常見的 PC 那樣大的體積和重量，不會(huì)在辦公桌或控制臺(tái)上占據(jù)一個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計(jì)算、控制、測(cè)量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。凌陽(yáng)單片機(jī)在微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]。2021年 [8]孫文 ,趙萬(wàn)云 ,鄒子春 ,袁小平 . 基于 RC 正弦波振蕩電路的電子琴設(shè)計(jì) [J].現(xiàn)代電子技術(shù) ,2021年 09期 [9]張瑞 ,夏路易 .基于 89S51單片機(jī)的鍋爐給水控制系統(tǒng) [J].軟件 ,2021年 01 期 [10]蘇彥 . 《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)方法研究與探索 [J]。從開始選題到中期修正，再到最終定稿， 葉 老師給我 提供了許多寶貴建議。 第三，感謝我的父母親，你們是我力量的源泉，只要有你們，不管面對(duì)什么樣的困難，我都不會(huì)害怕，謝謝你們對(duì)我的支持與鼓勵(lì)！ 再次，感謝我的室友及其 他好友，因?yàn)橛心銈兊膸椭?，我的論文得以順利完成。身邊的同學(xué)和朋友 們 ，有你們，我的大學(xué)才算完整。 bit FY=0。 sbit LED1=P1^0。 uchar code Len[][50]= //上面幾首音樂的旋律每個(gè)音符對(duì)應(yīng)的節(jié)拍 { {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,1}, {1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,2,1}, {1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,2,1}, {1,1,1,1,2,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,2,1}, {1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,3,1,1}, {0,1,1,0,1,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,2,1}, {0,1,1,2,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,2,1,1}, {0,1,1,0,1,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,4,1}, {0,1,1,2,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,4,1}, 29 {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}, {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}, {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}, }。t120。i0。0xf0)==0xf0) return(0)。// 輸出行掃描碼 if ((P0amp。 } else scancode = (scancode1)|0x01。 } /* 外部中斷 1 ,這里是播放按鍵 */ void EX1_INT() interrupt 2 {