【正文】 . 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)。 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合， 便 構(gòu)成我們所想要的音樂了。在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求的地方都會有單片機(jī)的身影出現(xiàn)。 鑒于上述對比與分 析，本設(shè)計(jì)采用方案三 。該設(shè)計(jì)有 16 個(gè)按鈕矩陣，設(shè)計(jì)成 16 個(gè)音 ，可以實(shí)現(xiàn)音階在低音 4高音 5 之間。 本論文使用國家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器 LM386 來實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 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 門電流。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。 LED 數(shù)碼管 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示， LED（ LightEmitting Diode）是一種外加電壓從而流過電流并發(fā)出可見光的器件。 （ a）外形 （ b）共陽極 (C)共陰極 圖 22 數(shù)碼管引腳 顯示電路 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示，由于 LED 是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。若所有列線均為高電平，則無鍵按下。所謂抖動是指在 識別被按鍵是必須避開抖動狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識別正確無誤。用 AT89C51的并行口 P0接 4 4矩陣鍵盤，以 － ，以 － ；在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“ 0－ F”序號。 本設(shè)計(jì)所用的數(shù)碼管顯示模塊是共陰級數(shù)碼管，通過來自單片機(jī) I/O口的電平高低來點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機(jī)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，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對應(yīng)的音符。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將 P3^7 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。 2247。 音持續(xù)時(shí)間的長短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。 t1++) //雙重循環(huán) , 共延時(shí) t 個(gè)半拍 for(t2 = 0。 TR1 = 1。 } song()。它們能夠發(fā)光，是半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子運(yùn)動的結(jié)果，而且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。 具有多余電子的半導(dǎo)體稱為 N型材料，因其含有多余的帶負(fù)電荷的粒子。因此，可以將二極管 N端與電路的負(fù)極相連，同時(shí) P 端與 正極相連。光由一些具有能量和動量但無質(zhì)量的類粒子束組成。這種能量就以光子的形式得到釋放。 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。這些功能是： 20 （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 布線 （ 3） SPICE 電路仿真 革命性的特點(diǎn) （ 1）互動的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。因此， Proteus 有較高的推廣價(jià)值。 鍵盤掃描：將 16位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（ ~）用于 鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（ ~）用于給鍵盤掃描信號。 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的 22 目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要鍵盤單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。這 說明一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(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了，于是我們可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可，然后我們利用功 放電路來將音樂聲音放大，同時(shí)通過顯示模塊來確知自己所彈的音符。自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，單片機(jī)以其 控制功能強(qiáng) 、可靠性高、 體積小 、性價(jià)比高 、 使用方便 、容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，在 家用電器 、 實(shí)時(shí)控制 、 機(jī)電一體化 、分布式多機(jī)系統(tǒng)、 智能儀器 等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對 許多 行業(yè)的技術(shù)改 革和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著 非常 重要的推動作用，對人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊 .2021年 23期 [11] 周琛暉 . 基于 AT89S51單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) [J]. 電腦知識與技術(shù) . 2021(27) [12] 做而論道 .基于 51 單片機(jī)的 4*4 矩陣鍵盤電子琴 . , 20210805 [13]做而論道 .單片機(jī)播放音樂的基本知識 25 ,20210707 致 謝 這次 的 畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是 曾經(jīng) 所有指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)鼓勵 和加油 的結(jié)果。感謝你們，大學(xué)四年給我了那么多的幫助與鼓勵，在我不開心的時(shí)候，總能讓我開心起來。//放樂曲時(shí) FY=1, 電子琴彈奏時(shí) FY=0 uchar Song_Index=0,Tone_Index=0。 /* 音符與計(jì)數(shù)值對應(yīng)表 */ uint code tab[]= { 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524, 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 }。i)。0xf0)!=0xf0) // 本行有鍵按下 { tmpcode = (P0amp。 LED1=0。 P2=0x3f。 TMOD=0x01。 } /* 定時(shí)器 0 中斷服務(wù)子程序 */ void time0_int(void) interrupt 1 using 0 { /* 設(shè)置計(jì)數(shù)初值 */ TH0 = STH0。 /* 返回特征字節(jié)碼，為 1 的位即對應(yīng)于行和列 */ return((~scancode)+(~tmpcode))。 if ((P0amp。 while(ms) for (t=0。 sbit SPK=P3^7。 最后對老師，同學(xué)和家人再次致以我最衷心的感謝！教導(dǎo)過我的老師，你們的人格魅力永記我心間。 葉 老師在我畢業(yè)論文的撰寫過程中， 單片機(jī)仿真過程和程序編譯過程中 給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。 參考文獻(xiàn) [1] 張虹 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京 :中國電力出版社 ,2021. [2] 黃鑫 ,馬善農(nóng) ,趙永科 .基于 CPLD的電子琴研究與設(shè)計(jì) [J].科技廣場 ,2021(5). [3] 李云鋼 ,鄒逢興 ,龍志強(qiáng) . 單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)計(jì) [J].北京 :中國水利水電出版社 ,2021. [4] 李林濤 ,陳明 ,梁宜勇 ,王曉萍 . 基于單片機(jī)的簡易電子琴錄 /放音系統(tǒng) [J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 . 2021(02) [5] 田其沖 ,鄭衛(wèi)國 ,孫大雷 . 基于 AT89S51的電子琴設(shè)計(jì) [J]. 電腦知識與技術(shù) . 2021(24) [6]張淑玲 。 不足之處 ，只能在一定范圍內(nèi)滿足用戶需要。 鍵盤單片機(jī)控制部分調(diào)試：上電后，隨機(jī)按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對應(yīng)的音正確。 音樂處理： LM386 將單片機(jī) 口送過來的信號進(jìn)行 20 倍的功率放大并送揚(yáng)聲器進(jìn)行音樂的播出。機(jī)器匯編是 21 通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼。 隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”成為很多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)途徑。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。如果要單片年紀(jì)播放音樂，那么必須要在設(shè)計(jì)程序當(dāng)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 自由電子通過二極管時(shí)會陷 入 P 型層中的空穴。 電子的躍遷會釋放出光子。而當(dāng)兩電極之間的電壓足夠高，耗盡層內(nèi)的電子會被推出空穴，獲得自由移動的能力。 半導(dǎo)體中擁有多余空穴的半導(dǎo)體稱為 P型半導(dǎo)體，由于空穴的濃度將比電子的濃度高的多，因而主要依靠空穴導(dǎo)電，故稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。廣義的半導(dǎo)體是指那些具有可變導(dǎo)電能力的材料。 LS1SPEAKER 圖 29音頻播放器電路原理圖 二極管顯示模塊 通過兩個(gè)二極管來確定當(dāng)前是處于彈奏模式還是播放模式，當(dāng)單片機(jī)處于彈奏時(shí)， LED1 燈亮，當(dāng)單片機(jī)處于演奏時(shí)， LED2 燈亮。 //控制時(shí)間長度 } 音符掃描并播放函數(shù)段如下： while(mid[i]!=0) //只要有音符，就持續(xù)執(zhí)行 { k = mid[i] + 7 * (mid[i + 1]1) 1。 t2++)。 音樂的播放要進(jìn)行音符的識別和準(zhǔn)確調(diào)用 ，音符的自然頻率是固定的，我們可以根據(jù)自然頻率計(jì)算出其半周期，由此計(jì)算出單片機(jī)在 12MHz 下的定時(shí)初值。 T＝ 65541－ N＝ 65536－ fi247。利用 AT89S51 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（即 MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值 TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法來產(chǎn)生不同音階。 對應(yīng)調(diào)用函數(shù)如下： void Display(unsigned char m) //定義數(shù)碼管顯示函數(shù) { P2=DSY_CODE[Song[k][Tone_Index]] 。當(dāng)某一字段發(fā)光二 11 極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 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有釋放又有 8 新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問題。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。 各功能模塊原理圖和工作原理 AT89S51 模塊電路原理圖 單片機(jī)主程序模塊通過對鍵盤掃描程序信號的讀取，在通過對應(yīng)的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時(shí)器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號。 LED 有單個(gè) LED 和八 段 LED 之分，也有共陰和共陽兩種。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定 時(shí)目的。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址 接收。 引腳說明： VCC：供電電壓。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。而且還有兩個(gè)額外的按鍵來控制單片機(jī)的工作方式 —— 播放和彈奏。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下： 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，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)是沒有項(xiàng)目資金，沒有開發(fā)經(jīng)費(fèi)，因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的項(xiàng)目對于我們畢業(yè)設(shè)計(jì)來說是不可行的。 2 1 方案論證 控制模塊選擇方案 方案一：用可控硅制作電子琴。 由 于當(dāng)前市場上的 玩具需求量大 ， 其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用 早 已 經(jīng) 成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡易電子琴。它在現(xiàn)代音樂中扮演著非常重要的角色，形形色色的物品已經(jīng)表明單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的現(xiàn)代生活的一部分。 本 設(shè)計(jì) 主要對使用單片機(jī)設(shè)計(jì) 多功能 電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴 系 統(tǒng)硬件組成。 雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。通過 分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。本設(shè)計(jì)具有 16 個(gè)音節(jié)的鍵盤，可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行彈奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)自己的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，鍵盤掃描 AT89S51 數(shù)碼管顯示 揚(yáng)聲器播放音樂 電源部分 4 看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。當(dāng)P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。1位顯示器