【文章內(nèi)容簡介】 沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖 )。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當 EA 引腳接高電平時， CPU 只訪問片內(nèi)EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當 PC(程序計數(shù)器 )的值超過 0FFFH(對 8751/8051 為 4K)時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。 當 輸入信號 EA 引腳接低電平 (接地 )時， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032,需外擴 EPROM，此時必須將 EA 引腳接地。此引腳的第二功能是 Vpp 是對 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 9 /輸出端口 P0/P1/P2/P3： P0 口 (～ ， 39~32 腳 )： P0 口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O 口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個LS 型 TTL 負載。當 P0 口作為輸入口使用時，應先向口鎖 存器 (地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時， P0 口分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1 口 (～ ， 1~8 腳 )： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準雙向 I/O 口。 P1 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。在P1 口作為輸入口使用時，應先向 P1 口鎖存地址 (90H)寫入全 1,此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。 P 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。在訪問片外 EPROM/RAM 時，它輸出高 8 位地址。 P3 口 (～ ， 10~17 腳 )： P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。 P3 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能。 STC89C52 的中斷系統(tǒng) STC89C52 系列單片機的中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE控制 CPU 是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應次序。 在單片機應用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。STC89C52 單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時 /計數(shù)器： T0 和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器 。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 10 STC89C52 的 系統(tǒng)介紹 圖 單片機最小系統(tǒng)電路圖 圖 為單片機最小系統(tǒng)電路圖，單片機最小系統(tǒng)有單片機、時鐘電路、復位電路組成，時鐘電路選用了 12MHZ 的晶振提供時鐘，作用為給單片機提供一個時間基準，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時間為一個機器周期，單片機的復位電路，按下復位按鍵之后可以使單片機進入剛上電的起始狀態(tài)。圖中 10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，由于 P0 口跟其他 IO 結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用。 顯示 模塊 數(shù)碼管原理 常見 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個 發(fā)光二極管 單元（多一個小 數(shù)點顯示）；按能顯示多少個 “8”可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 11 一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應 字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮 。 數(shù)碼管要正常顯 示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個 單片機 的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式 之 一 ， 動 態(tài) 驅(qū) 動 是 將 所 有 數(shù) 碼 管 的 8 個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管 就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝 效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且 功耗 更低 。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 12 顯示模塊 電路設(shè)計 如下圖所示為一位共陽數(shù)碼管的硬件電路連接圖，由于數(shù)碼管內(nèi)部實際為 8 個 LED 燈，如果把 LED 的陰級 直接單片機的IO 的口，會使 LED 通過的電流過大從而把數(shù)碼管燒毀，因此在設(shè)計的時候在 LED 的陰級和單片機的 IO 之間加上了限流電阻從而起到限流作用。根據(jù)經(jīng)驗，這里選取了 1K 電阻。程序編寫的時候我們預先根據(jù)要顯示的字符，編寫了個對應要顯示的數(shù)組，這樣可以使程序更加簡化。 圖 共陽數(shù)碼管硬件電路連接圖 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 13 矩陣鍵盤模塊 圖 矩陣鍵盤模塊電路圖 硬件電路設(shè)計圖如上圖所示。把單片機的 － 端口通過 8 聯(lián)撥動撥碼開關(guān)連接到“ 4*4 行列式鍵盤”，其中 作為列線， 作為行線，系統(tǒng)首先通過 CPU 對全部鍵盤進行掃描，即把第一根行線置為“ 0”狀態(tài)，其余行線置于“ 1”狀態(tài)，讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“ 1”表明該行無鍵按下，再將第二根行線置為“ 0”狀態(tài)，同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，如其狀態(tài)也全為“ 1”，則置第一根行線置為“ 0”狀態(tài)，以此類推。如讀入輸入緩沖器的狀態(tài)不全為“ 1”，確定哪一根列線為“ 0”狀態(tài)，當某個鍵的行線 和列線都為“ 0”狀態(tài)時，表明該鍵按下。 最常見的鍵盤布局如圖 所示。一般由 16 個按鍵組成，在單片機中正好可以用一個 P 口實現(xiàn) 16 個按鍵功能，這也是在單片機系統(tǒng)中最常用的形式 ，本設(shè)計就采用這個鍵盤模式。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 14 表 鍵盤布局 4 8 C 播放歌曲 3 7 B F 2 6 A E 1 5 9 D 矩陣式鍵盤提高效率進行按鍵操作管理有效方法，它可以提高系統(tǒng)準確性，有利于資源的節(jié)約，降低對操作者本身素質(zhì)的要求。 功率放大模塊（ LM386） 功率放大模塊我們選用了 LM386 作為功率放大模塊 的主要芯片， LM386 是美 國 國家半導體公司生產(chǎn)的 音頻功率放大器 ，主要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少， 電壓增益 內(nèi)置為20。但在 1 腳和 8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 LM386 內(nèi)部原理 圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖所示。與通用型集成運放相類基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 15 似，它是一個三級放大電路。第一級為差分 放大電路， T1 和T T2 和 T4 分別構(gòu)成復合管，作為差分放大電路的放大管； T5和 T6 組成鏡像電流源作為 T1 和 T2 的有源負載； T3 和 T4 信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 第二級為共射放大電路， T7 為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的 T8和 T9 管復合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構(gòu)成準互補輸出級。二極管 D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引 腳 2 為反相輸入端，引腳 3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。輸出端（引腳 5）應外接輸出電容后再接負載。 電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 圖 LM386 管腳圖 LM386 的外形和引腳的排列如 上 圖所示。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳 7和地之間接旁路電容，通常取 10μF 。 查 LM386 的 datasheet，電源電壓 412V 或 518V(LM386N4)；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20200；在 8 腳開路時，帶寬為 300KHz；輸入阻抗為 50K；音頻功率 。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 16 功率放大器使用事項 盡管 LM386 的應用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會產(chǎn)生非常討厭的噪聲。 (1)通過接在 1 腳、 8 腳間的電容（ 1 腳接電容 +極）來改變增益，斷開時增益為 20。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不 光省了成本，還會帶來好處 噪音減少，何樂而不為？ (2)PCB 設(shè)計時，所有外圍元件盡可能靠近 LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號通路盡可能平行走線，輸出亦如此。這是死理，不用多說了吧。 (3)好調(diào)節(jié)音量的電位器。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大， 10K 最合適，太大也會影響音質(zhì)，轉(zhuǎn)那么多圈圈，不煩那！ (4)可能采用雙音頻輸入 /輸出。好處是： “+” 、 “ － ” 輸出端可以很好地抵消共模信號，故能有效抑制共模噪聲。 (5)7 腳（ BYPASS）的旁路電容不可少！實際應用時， BYPASS 端必須外接一 個電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個電容的容值，減緩直流基準電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。在器件上電、掉電時的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，這個電容可千萬別省??！ (6)少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直 +耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號。它與揚聲器負載構(gòu)成了一階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會使截止頻率（ fc=1/(2π*RL*Cout) ）提高。分別測試，發(fā)現(xiàn) 10uF/ 最為合適，這是我的經(jīng)驗值。 (7)源的處理，也很關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中有多組電源，太好了！由于電壓不同、負載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時間必有差異。 基于單片機的電子琴設(shè)計與仿真 17 3 系統(tǒng)軟件介紹 系統(tǒng)軟件整體