【文章內(nèi)容簡介】 3。 16 附錄 3 源程序 17 通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 IV 附錄 4 實物圖 23 通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 1 第 1 章 緒論 課題背景 電子琴是電聲樂隊的中堅力量，常用于奏主旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時代特色，但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時，失真度更大，還需要不斷改進。電子琴的演奏較大一部分通過 和弦伴奏來配合完成的，在音樂中和弦的連接推動了旋律地進行，不同的和聲連接，形成了不同的音樂色彩。本次設(shè)計用 AT89C51 單片機為核心控制元件與按鍵和喇叭等模塊，設(shè)計一個簡易的電子琴。 音樂產(chǎn)生原理 樂曲是由不同音符編制而成的，每個音符（音名）都有一個固定的振動頻率，頻率的高低決定了音調(diào)的高低。簡譜中從低音 1 至高音 1 之間每個音名對應(yīng)的頻率參見表12[1]。 表 12簡譜中音名與頻率的關(guān)系 音 名 頻率 /Hz 音 名 頻率 /Hz 音 名 頻率 /Hz 低音 1 262 中音 1 523 高音 1 1047 低音 2 294 中音 2 587 高音 2 1175 低音 3 330 中音 3 659 高音 3 1319 低音 4 349 中音 4 699 高音 4 1397 低音 5 392 中音 5 784 高音 5 1569 低音 6 440 中音 6 880 高音 6 1760 低音 7 494 中音 7 988 高音 7 1976 現(xiàn)以低音 6 這個音名為例來進行分析。低音 6 的頻率數(shù)位 440Hz，則其周期為： T=1/f=1/440== 如果用定時器 1 方式 1 作定時，要 輸出周期為 的等寬方波，則定時值為 ，設(shè)計數(shù)初值為 X，根據(jù)：定時值 =（ 2^16X） *（ 12/晶振頻率），求出計數(shù)初值為： X=64396（為計算方便，設(shè)晶振頻率為 12MHz）。 計算出計數(shù)器初值后，只要將計數(shù)初值裝入 TH0、 TL0，就能使 的高電平或低電平的持續(xù)時間為 ，從而發(fā)出 440Hz 的音調(diào)（音樂的音長由按鍵控制，按鍵按下時發(fā)聲，按鍵釋放時停止發(fā)聲） [2]。 表 13 所列是采用定時器 1 的方式 1 時，各音名與計數(shù)初值的對照表。 通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 2 表 13 各音名與計數(shù)初值對照表 音 名 計數(shù)初值 音 名 計數(shù)初值 音 名 計數(shù)初值 低音 1 63636 中音 1 64586 高音 1 65066 低音 2 63836 中音 2 64686 高音 2 65116 低音 3 64026 中音 3 64776 高音 3 65156 低音 4 64106 中音 4 64816 高音 4 65176 低音 5 64256 中音 5 64896 高音 5 65216 低音 6 64396 中音 6 64966 高音 6 65256 低音 7 64526 中音 7 65026 高音 7 65286 主要設(shè)計任務(wù) 用矩陣按鍵的 16 個按鍵模擬電子琴的 16 個音符。具體音符為：按壓 S0、 S SS S4 鍵，發(fā)出低音 7；按壓 S S S S S S S11 鍵，發(fā)出中音 7；按壓 S1 S1 S1 S15 鍵，發(fā)出高音 4。矩陣按鍵與各音符的對應(yīng)關(guān)系如表 11 所示 [3]。 表 11矩陣按鍵與鍵盤對應(yīng)關(guān)系 低音 3 低音 4 低音 5 低音 6 低音 7 中音 1 中音 2 中音 3 中音 4 中音 5 中音 6 中音 7 高音 1 高音 2 高音 3 高音 4 通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 3 第 2 章 電子琴 系統(tǒng)的基本理論 AT89C51 AT89C51 簡介 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機。片內(nèi)含4Kbytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可為您提供許多高價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控 制領(lǐng)域。 AT89C51 性能簡介 AT89C51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外， AT89C51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 AT89C51 在空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(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。 主要特性 [4]： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 4 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 引腳簡介 圖 21 為 AT89C51 的引腳圖 圖 21 AT89C51引腳圖 AT89C51 的引腳功能 [5]： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高 電 阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因通信 103班 付紅娜 基于單片機的電子琴設(shè)計 5 此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機 器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置 位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 LM386 LM386 簡介 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。 LM386 是一種音頻功率集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范