【文章內(nèi)容簡介】 圖 音頻處理模塊電路原理圖 電源模塊電路原理圖 由于本次設計的芯片的工作電壓都為 5V，為了排除因為電壓不穩(wěn)定或者不準確影響電路的工作和軟件的調(diào)試，本次設計單獨用 LM7805 設計了一個輸出 5V 的電壓的電路，如圖311 所示 ,其中 J0 為一變壓器插排接口，輸出電壓在 ，為交流電壓，經(jīng)過整流橋進行整流，電容濾波，再經(jīng)過 LM7805 穩(wěn)壓后，得到本次設計所需的 5V 直流電源。 XXX 大學 畢業(yè)設計 13 圖 電源模塊電路 原理圖 3 系統(tǒng)軟件設計 本軟件設計關鍵是要實現(xiàn)一種由單片機控制的簡單音樂發(fā)生器，它由 16 個音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。 音樂相關知識 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，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 音 持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應的延時，構成音樂 [6]。 如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關鍵組成部分。 節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時是 秒，則 1 拍的延時是 秒，只要知道 1/4 拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設計中考慮到節(jié)拍的設 置，由XXX 大學 畢業(yè)設計 14 于本例實現(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。 對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時 /計數(shù)器來完成 [7]。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（ C 調(diào)） 具體如下表： 表 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 如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的 音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時 /計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關系。 在本實驗中，單片機工作于 12MHZ 時鐘頻率，使用其定時 /計數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下， C 調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值 T 的對照如下表： 表 音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表 音符 頻率（ HZ） 計數(shù)值（ T 值） 音符 頻率（ HZ） 計數(shù)值（ T值） 低 1DO 262 63628 4FA 740 64860 1DO 277 63737 中 5SO 784 64898 低 2RE 294 63835 5SO 831 94934 2RE 311 63928 中 6LA 880 64968 低 3MI 330 64021 6LA 932 64994 低 4FA 349 64103 中 7SI 968 65030 4FA 370 64185 低 1DO 1046 65058 低 SO 392 64260 1DO 1109 65085 5SO 415 64331 高 2RE 1175 65110 低 6LA 440 64400 2RE 1245 65134 6LA 466 64463 高 3MI 1318 65157 XXX 大學 畢業(yè)設計 15 低 7SI 494 64524 高 4FA 1397 65178 中 1DO 523 64580 4FA 1490 65198 1DO 554 64633 高 5SO 1568 65217 中 2RE 587 64633 5SO 1661 65235 2RE 622 64884 高 6LA 1760 65252 中 3MI 659 64732 6LA 1865 65268 中 4FA 698 64820 高 7SI 1967 65283 T 的值決定了 TH0 和 TL0 的值，其關系為： TH0=T/256， TL0=T%256[8] 系統(tǒng)總體功能流程圖 圖 主程序框圖 N 定時器初始化數(shù)碼管顯示 0 主程序 開始 循環(huán)檢測按鍵 Y 數(shù)碼管顯示 揚聲器出聲 XXX 大學 畢業(yè)設計 16 K1 鍵按下 K2 鍵按下 K3 鍵按下 K4 鍵按下 K5 鍵按下 K6 鍵按下 K7 鍵按下 數(shù)碼管顯示 3.，并播放 mi 的低音 數(shù)碼管顯示 4.，并播放 fa 的低音 數(shù)碼管顯示 5.，并播放 so 的低音 K8 鍵按下 數(shù)碼管顯示 6.，并播放 la 的低音 數(shù)碼管顯示 7.，并播放 si 的低音 數(shù)碼管顯示 1，并播放 do 的中音 數(shù)碼管顯示 2，并播放 re 的中音 數(shù)碼管顯示 3，并播放 mi 的高階中音 XXX 大學 畢業(yè)設計 17 圖 按鍵子程序流程圖 K9 鍵按下 K10 鍵按下 K11 鍵按下 K12 鍵按下 K13 鍵按下 K14 鍵按下 K15 鍵按下 數(shù)碼管顯示 4并播放fa 的中音 數(shù)碼管顯示 5并播放so 的中音 數(shù)碼管顯示 6，并播放 la 的中音 K16 鍵按下 數(shù)碼管顯示 7，并播放 si 的中音 數(shù)碼管顯示 A，并播放 do 的高音 數(shù)碼管顯示 B，并播放 re 的高音 數(shù)碼管顯示 C，并播放 mi 的高音 數(shù)碼管顯示 D，并播放 fa 的高階高音 XXX 大學 畢業(yè)設計 18 4 電路仿真 ISIS 軟件介紹 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路 。 該軟件的特點是： (1)實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 (2)支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機 類型有： 68000 系列、 8051 系列、AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 (3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。 (4)具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹 Proteus ISIS 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作 [9]。 仿真圖介紹 單片機： P0 口對應數(shù)碼管編碼輸出端； P10 口做音樂信號輸出端； P2 口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。 鍵盤掃描：將 16 位開關通過矩陣連接，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。 數(shù)碼管顯示：在使用時一要接上拉電阻（這是有單片機 P0 口的物理特性決定的），二是要加限流電阻以使流進單片機的小于單片機所能承受的電流。 音樂處理： LM386 將單片機 口送過來的信號進行 20 倍的功率放大并送揚聲器進行音樂的播出。 XXX 大學 畢業(yè)設計 19 仿真圖 圖 仿真圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 20 5 PCB印制板制作 印制板制作的要求 （ 1）電源線、地線應各設置一條總線； （ 2）線寬盡可能的寬； （ 3）應減少軟線跳線的使用； （ 4）元器件排版要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號干擾； （ 5）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。 印制電路板圖 圖 主控電路 PCB 板圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 21 圖 輸入按鍵 PCB 板圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 22 6 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個系統(tǒng) 功能否實現(xiàn)的關鍵步驟，我們將整個調(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。 軟件仿真調(diào)試 軟件仿真調(diào)試主要是針對單片機部分進行調(diào)試。 在軟件運行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 在確保軟件仿真電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可進行軟件運行，在本次設計中，軟件運行主要是測試單片機鍵盤控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。 A、數(shù)碼管 LED 電路調(diào)試：軟件運行 ，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字； B、單片機鍵盤控制部分調(diào)試：軟件運行，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應的音正確。 軟件調(diào)試 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個調(diào)試程序應該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試 [10]。 7 調(diào)試結論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設計任務完成，系統(tǒng)部分功能已實現(xiàn)?？梢噪S意演 奏一首喜歡的曲子，并可以顯示在數(shù)碼管上。基本達到預定的效果。畢業(yè)設計是專科學習階段一次非常難得的理論與實踐相結合的機會，通過這次系統(tǒng)的項目設計提高了我運用所學的專業(yè)基礎知識來解決面臨實際問題的能力，同時也提高了我查閱各種文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及軟件編程排版的水平。 XXX 大學 畢業(yè)設計 23 附錄 1： 元器件清單 名稱 參數(shù) 數(shù)量 備注 排阻 8*470 2 RP1,RP2 插排 SIP2 3 J0,J1,J3 SIP8 2 J4,J5 鍵盤 直鍵開關 16 K1K16 電容 CC13V30pf 2 C21,C22 1 C33 3 C12,C13,C31 1 C32 CD1125V470u 3 C11,C14,C23 電阻 1 R32 2 R11,R21 1 R31 晶振 1 Y21 揚聲器 駐極體電容式 1 數(shù)碼管 DIP10 1 DPY XXX 大學 畢業(yè)設計 24 附錄 2： 主 要電路原理圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 25 附錄 3： 主要程序 ORG 0000H 。初始位置 00H JMP STARET 。跳到主程序 ORG 000BH 。定時器 0 中斷起始單元 JMP TIME0 。跳到中斷程序 STARET: MOV TMOD,00000001B。設定工作方式為 1