用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴(編輯修改稿)
2025-02-04 10:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單。 設(shè)計(jì)電路時(shí)運(yùn)用 89C52 系列單片機(jī)的接口來實(shí)現(xiàn)各種輸入、輸出功能。 待定部分口用作輸出口，向發(fā)聲電路輸出信號(hào)； P1 口和 P0 口共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)鍵盤的功能。 方案一：采用單個(gè)的邏輯器件組合 我們知道計(jì)數(shù)器 8253 可以產(chǎn)生任意頻率的方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率與計(jì)數(shù)器的頻率對(duì)應(yīng)起來就可通過計(jì)數(shù)器產(chǎn)生音樂了。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)要求，采用 8279 將鍵掃描得到的鍵值通過查表得到相應(yīng)的 8253的頻率值，將從 8253 得到相對(duì)應(yīng)的按鍵彈奏信號(hào)經(jīng)過 LM386 進(jìn)行放大，再用喇叭輸出，就實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易電子琴的 基本功能，也就完成了實(shí)驗(yàn)的要求 方案二：用 VHDL 語言編程來實(shí)現(xiàn) 利用我們實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備，我們可以采用 VHDL 語言編程來實(shí)現(xiàn)。我們可以通過 VDHL 語言，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理圖的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過編譯，可以在計(jì)算機(jī)上下載此實(shí)驗(yàn)原理圖，利用電路學(xué)習(xí)機(jī)上的芯片。我們很快就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)單的電子琴。并實(shí)現(xiàn)其功能。 方案三：采用 STC89C52 單片機(jī) 采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)置鍵盤、蜂鳴器等外圍器件，另外還用到一些簡(jiǎn)單器件如：一位數(shù)碼管，和 PNP 型三極管等。利用按鍵實(shí)現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；一 位的數(shù)碼管進(jìn)行被操作的按鍵顯示：用 PNP 型三極管實(shí)現(xiàn)低音頻功率放大；最后用蜂鳴器發(fā)音。 方案比較： 方案一采用單個(gè)的邏輯器件組合實(shí)現(xiàn)。這樣雖然比較直觀，邏輯器件分工鮮 6 明，思路也比清晰，一目了然，但是由于元器件種類、個(gè)數(shù)繁多，而過于復(fù)雜的硬件電路也容易引起系統(tǒng)的精度不高、體積過大等不利因素。例如七個(gè)不同的音符是由七個(gè)不同的頻率來控制發(fā)出的，所用儀器之多顯而易見。方案二采用 VHDL語言編程來實(shí)現(xiàn)電子琴的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)主要由電子琴發(fā)聲模塊、選擇控制模塊和儲(chǔ)存器模塊組成。和方案一相比較，方案二就顯得比較籠統(tǒng)，雖然我 們可以看到用超高速硬件描述語言 VHDL 的優(yōu)勢(shì)，但本質(zhì)上它只是把整個(gè)系統(tǒng)分為了若干個(gè)模塊，而不牽涉到具體的硬件電路。方案三與前兩種方案相比，主控芯片采用STC89C52 單片機(jī)，它是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，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)。同時(shí)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單易操作。而第三種方案具有經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性、實(shí)物應(yīng)用性。所以我們選擇第三種方案。 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總體框架圖如圖 1 所示 圖 1 單片機(jī)總體框架圖 總體方案工作原理 由 STC89C52 的 P1 口 8 個(gè)按鍵控制 DO， RE， MI， FA， SO， LA， XI， DO 的各個(gè)音符，在由位于 P0 口的一位數(shù)碼管顯示出來，同時(shí)位于 P3^7 口的蜂鳴器發(fā)出聲音。 發(fā)音原理：若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期，再將周期除以 2，即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器記時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)記時(shí)終止后就將 P3^7 反相，然后記時(shí)再反相。就可在 P3^7 上得到此頻率的脈沖。利用 STC89C52 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式下，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。 7 三、硬件設(shè)計(jì) STC89C52 芯片 STC89C52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳（引腳圖如圖 11 所示）， 4kBytesFlash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDTC）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， STC89C52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下 ， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。單片機(jī)引腳圖如圖 2 所示： 圖 2 單片機(jī)引腳圖 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C52 為電子琴的控制核心，系統(tǒng)主要包括播放模塊、安鍵控制模塊。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)逐一進(jìn)行論證比較。 單片機(jī)復(fù)位部分 1） 復(fù)位功能： 單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按 鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始。 2） 復(fù)位原理： 單片機(jī)復(fù)位時(shí)只要保持 RST 引腳接 2us 的高電平即可。在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中， 8 電容開始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V釋放到變 為了 ，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候 10K電阻兩端的 電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路圖如圖 3 所示： 圖 3 復(fù)位電路圖 單片機(jī)晶振部分 外接晶振引腳 XTAL1 和 T
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