【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)中被廣泛使用。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過行列顛倒兩次掃描來識(shí)別閉合鍵，為些需要提供兩個(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)在區(qū)中建立一個(gè)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。 14 數(shù)碼管模塊 共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮，這樣來顯示字符。 LED 顯示模塊如圖 34 所示，利用 AT89S52 單片機(jī)的 P2 端口的 － 連接到一個(gè) 七段 數(shù)碼管上，數(shù)碼管的公共端接 地 。 矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊如下： 圖 34 數(shù)碼管模塊圖 揚(yáng)聲器模塊 音樂播放和彈奏是在 引腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生音樂。 矩陣掃描揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符模塊如下： 圖 35 揚(yáng)聲器模塊圖 15 紅外電源模塊 該 模塊主要由紅外模塊，繼電器，電源組成。主要為了實(shí)現(xiàn)由紅外控制電源的開關(guān)。 紅外模塊由紅外接收器，紅外遙控器組成。紅外接收器 上電默認(rèn)輸出低電平且狀態(tài)燈不亮并保持，直到按一下遙控器按鍵后，模塊會(huì)輸出變?yōu)楦唠娖角覡顟B(tài)指示燈會(huì)點(diǎn)亮并保持至下一次再按遙控器按鍵為止，輸出電平依據(jù)遙控按鍵次數(shù)高低電平循環(huán)變化并保持狀態(tài)。 繼電器：常開口與單片機(jī)的 GND 線接通，單片機(jī)的 VCC 線與電源接通，則 輸入高電平繼電器吸合，輸入低電平繼電器釋放 。吸合時(shí)單片機(jī)與電源接通，正常工作，釋放時(shí)，單片機(jī)與電源斷開，停止工作。 控制結(jié)構(gòu)框圖： 釋放狀態(tài) 吸合狀態(tài) 工作原理：上電后當(dāng)紅外接收器接收到遙控器的紅外信號(hào)，向繼電器輸出高電平，繼電器輸入高電平后處于吸合狀態(tài)，單片機(jī)與電源接通正常工作，再次按下遙控器，紅外接收器向繼電器輸出低電平，繼電器輸入低電平后處于釋放狀態(tài)，單片機(jī)與電源斷開，停止工作。 紅外接收器 繼電器 單片機(jī)工作 單片機(jī)不工作 16 4 軟件設(shè)計(jì) 整體程序處理流程圖 N 有無按鍵按下 Y 有無按鍵 按下 N Y 圖 4－ 1 程序流程圖 初始化 鍵盤掃描 延時(shí)消抖 根據(jù)當(dāng) 前狀態(tài)識(shí)別按鍵 功能選擇鍵鍵值 選擇查表法 矩陣鍵盤鍵值 根據(jù)鍵值查表 查表所得數(shù)據(jù)送入 P2, 17 電子琴播放音樂原理： 樂音實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)。本文介紹用 AT89S52 的兩個(gè)定時(shí)器（如T0， T1）控制，在 腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生樂音，通過矩陣鍵盤按鍵產(chǎn)生不同的音符。由于一首音樂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了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(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。樂曲中，每一音符對(duì)應(yīng)確定的頻率，我們將每一個(gè)音符的時(shí)間常數(shù)和其對(duì)應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個(gè)表，然后由查表程序一次 取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。 在電子琴開始工作時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)電子琴處于彈奏狀態(tài)，歌曲選擇功能鍵的目的是賦予矩陣鍵盤第二功能，即對(duì)系統(tǒng)內(nèi)置的歌曲進(jìn)行選擇，在放歌時(shí)能通過彈奏 /停止鍵來結(jié)束放歌，選歌時(shí)必順先按下歌曲選擇功能鍵，在通過矩陣鍵盤來選擇和切換曲目。 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。 節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時(shí)是 秒，則 1拍的延時(shí)是 秒，只要知道 1/4 拍的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí) 間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。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。音樂的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（ C調(diào)）具體如下表： 表 3 音樂節(jié)拍表 曲調(diào)值 DELAY 曲調(diào)值 DELAY 調(diào) 4/4 125ms 調(diào) 4/4 62ms 調(diào) 3/4 187ms 調(diào) 3/4 94ms 調(diào) 2/4 250ms 調(diào) 2/4 125ms 18 音樂播放設(shè)計(jì) 一首音樂是許多不 同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合來構(gòu)成想要的音樂。我們可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)。 若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），再將此周期除以 2，即為半周期的時(shí)間。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 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在 引腳上得到此頻率的脈沖。 利用 AT89S52 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)模式（ MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為 523HZ，其 周期 T＝１ /523＝ 1912UＳ，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí) 956US/1US=956，每計(jì)數(shù) 956次時(shí)將 I/Ｏ反相，就可得到中音 DO（ 523HZ）。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是： N=FI/2/FR 式中， N 是計(jì)數(shù)值： FI 是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為 12MHZ 時(shí)，其頻率為1MHZ）； FR 是想要產(chǎn)生的頻率。 其計(jì)數(shù)初值 T 的求法： T=65536N=65536FI/2/FR 例如：設(shè) K=65536， fi=1MHz,求低音 DO（ 261HZ）、中音 DO（ 523HZ）、高音 DO（ 1046HZ）的計(jì)數(shù)值。 T=65536N=65536FI/2/Fr=655361000000/2/FR=65536500000/Fr 低音 DO 的 T=65536500000/262=63628 中單 DO 的 T=65536500000/523=64580 高音 DO 的 T＝ 65536500000/1046=65058 C調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T的對(duì)照如下表： 19 表 4 音符頻率表 音頻 頻率（ HZ） 簡(jiǎn)譜碼（ T值） 音頻 頻率（ HZ） 簡(jiǎn)譜碼（ T值） 休止 0 0 中音 4 698 64820 低音 1 262 63628 中音 5 784 64898 低音 2 294 63835 中音 6 880 64968 低音 3 330 64021 中音 7 988 65030 低音 4 349 64103 高音 1 1046 65058 低音 5 393 64260 高音 2 1175 65110 低音 6 440 64400 高音 3 1318 65157 低音 7 494 64524 高音 4 1397 65178 中音 1 523 64580 高音 5 1568 65217 中音 2 587 64684 高音 6 1760 65252 中音 3 659 64777 高音 7 1967 65283 對(duì)于不同的曲調(diào)我們要用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器來完成。在這個(gè)程序中用到了兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器來完成的。其中 T0 用來產(chǎn)生音符頻率， T1 用來產(chǎn)生音拍。 20 5 系統(tǒng)調(diào)試 程序調(diào)試 打開 KEIL，創(chuàng)建工程 My project ,輸入程序。 保存程序?yàn)椤半娮忧?.c” 編譯運(yùn)行，如圖： 圖 5－ 1 程序調(diào)試圖 設(shè)置 Options for Target “ target 1” ,生成 .hex 文件。 21 圖 5－ 2 設(shè)置 Target 圖 5－ 3 設(shè)置 Output 22 仿真調(diào)試 用 Proteus 設(shè)計(jì)硬件電路圖 圖 5－ 4 仿真設(shè)計(jì)圖 在 U1 中導(dǎo)入電子琴 .hex. 將鼠標(biāo)放置 AT89S52 元件上，雙擊彈出對(duì)話框，在 program file 中選擇電子琴 .hex,單擊確定鍵。 23 圖 5－ 5 編輯元件 24 運(yùn)行仿真 點(diǎn)擊圖中運(yùn)行按鈕 ，運(yùn)行仿真。 將程序?qū)?AT89S52 芯片后，運(yùn)行成功。 如圖 5－ 6 圖 5－ 6 運(yùn)行仿真圖 25 結(jié)論 本課題通過制作電子琴，將幾個(gè)模塊很好的融合起來，對(duì)使用單 片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴硬件的組成。利用單片機(jī)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(dá)的音樂。說明一首音樂是許多不能的音階組成的，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(hào)，因此，我們主要把一首歌曲的音階對(duì)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)通過顯示模塊確知自己所彈的音符。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識(shí)，也 鍛煉了自己的動(dòng)手能力，將以前學(xué)過的零散的知識(shí)串到一起。經(jīng)過我長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)按下鍵盤矩陣中的按鍵會(huì)使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放對(duì)應(yīng)的音符。但由于仿真系統(tǒng)原因，本設(shè)計(jì)音頻效果不是很好。 不足之處有： 全達(dá)到老師給的要求，和本設(shè)計(jì)的歌曲播放控制方法未達(dá)理想狀態(tài) 。 調(diào)。 我的綜合設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過程 ，使我對(duì) 51 系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，并且我學(xué)會(huì)了分析問題解決問題的能力，加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。我的動(dòng)手能力得到了很大的提高，創(chuàng)新意識(shí)得到了鍛煉。 26 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