【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要求如下 : 具有較高的實(shí)時(shí)性（反應(yīng)時(shí)間小于 秒）。 高、中、低音區(qū)發(fā)音準(zhǔn)確并有明顯區(qū)別。 線(xiàn)路板焊點(diǎn)飽滿(mǎn)、圓潤(rùn)，無(wú)虛焊等現(xiàn)象。 PCB 板制作要求線(xiàn)路清晰、布局合理。 本次設(shè)計(jì)主要是要通過(guò)軟硬件的配合實(shí)現(xiàn)一個(gè) 二十一鍵電子琴的功能，操作人員可以通過(guò)按下鍵盤(pán)上任意一個(gè)鍵來(lái)發(fā)出相應(yīng)的音符。 AT89C51 具有高速度、低電壓、低功耗、且可靠性和成本都比較低的特點(diǎn)。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)電路核心控制器件。 對(duì)于本交通控制系統(tǒng)使用一片 AT89C51 系列的單片機(jī)，不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，就能實(shí)現(xiàn)顯示、預(yù)制狀態(tài)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能，因而整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 AT89C51 的運(yùn)用能夠使設(shè)計(jì)的二十一音電子琴系統(tǒng)滿(mǎn)足于實(shí)用。 設(shè)計(jì)電路時(shí)運(yùn)用 89C51 系列單片機(jī)的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)各種輸入、輸出功能。 口用來(lái)作輸出口 ,向發(fā)聲電路 輸出信號(hào)； P2 口和 P0 口共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)矩陣鍵盤(pán)的功能。同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)直流穩(wěn)壓電路增加電路的適應(yīng)性， 增加了電路的適用性，使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，工作十分穩(wěn)定 [4]。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)規(guī)劃 硬件部分 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為面板控制部件， AT89C51 用上電自動(dòng)復(fù)位， 12MHZ 的晶振和兩個(gè)微調(diào)電容形成晶振電路。面板上有 21 個(gè)按鍵，用于輸入音符；一個(gè)由兩個(gè) CS9013 組成的達(dá)林頓對(duì)構(gòu)成聲音信號(hào)的輸出電路；一個(gè)直流穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓 。 硬件系統(tǒng)框圖如圖 21所示 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 14 圖 21 硬件原理框圖 軟件部分 軟件部分采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序。 單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)步驟： 第一步 : 分析問(wèn)題。 第二步 : 畫(huà)出程序的基本輪廓。 第三步 : 實(shí)現(xiàn)該程序。 軟硬件調(diào)試 使用 LCA51 軟件，將程序輸入進(jìn)行編譯。通過(guò)編譯通過(guò)后，則將制作的 PCB電路與 AEDK51HB 仿真機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真。檢測(cè)功能和設(shè)計(jì)任務(wù)能不能實(shí)現(xiàn)。如果不能達(dá)到預(yù)期效果，則必須重新檢查硬件或修改程序。 程序固化 經(jīng)過(guò)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的成果和功能。就可以開(kāi)始程序固化了。運(yùn)用AEDK51HB 仿真將程序燒錄到 89C51 內(nèi)部 ROM 中，然后將單片機(jī)放入到電路中，再進(jìn)行觀察。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 15 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件模塊簡(jiǎn)介 發(fā)聲電路簡(jiǎn)介 發(fā)聲電路是這次設(shè)計(jì)的電路中的一個(gè)重要的組成部分，它承擔(dān)著把單片機(jī)所產(chǎn)生的聲音信號(hào)放大并輸出的重要作用。而我的設(shè)計(jì)中的發(fā)聲電路主要是由兩個(gè)CS9013 組成。 CS9013 是一種小功率的放大管，屬于 NPN 型三極管，而對(duì)三極管管腳的判斷可以使用下面的方法 [5]。 一、判斷三極管基極 。 對(duì)于 NPN 型三極管，用黑表筆接某一個(gè)電極，紅表筆分別接另外兩個(gè)電極，若測(cè)量結(jié)果阻值都較小，交換表筆后測(cè)量結(jié)果阻值都較大，則可斷定第一次測(cè)量中黑表筆所接電極為基極；如果測(cè)量結(jié)果阻值一大一小，相差很大，則第一次測(cè)量中黑表筆接的不是基極，應(yīng)更換其他電極重測(cè)。 二、判斷三極管發(fā)射極 e和集電極 c。 三極管基極確定后，通過(guò)交換表筆兩次測(cè)量 e、 c 極間的電阻，如果兩次測(cè)量的結(jié)果應(yīng)不相等，則其中測(cè)得電阻值較小的一次為紅表筆接的是 e極，黑表筆接的是 c 極。對(duì)于 PNP 型三極管，方法與 NPN 管類(lèi)似，只是紅、黑表筆的作用相反。在測(cè)量 e、 c 極間電阻時(shí)要注意，由于三極管的 V(BR)CEO 很小，很容易將發(fā)射結(jié)擊穿。 當(dāng)我們對(duì)三極管的管腳判斷結(jié)束后，我們就可以用兩個(gè)三極管構(gòu)成一個(gè)達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。首先，當(dāng)單片機(jī) 口輸出一個(gè)高電平 ,由兩個(gè)三極管構(gòu)成的達(dá)林頓才能導(dǎo)通 ,導(dǎo)通后又能對(duì)電流有一定的放大作用 ,這樣輸送到喇叭的信號(hào)就能夠讓我們清楚地聽(tīng)到了。 9013 構(gòu)成的達(dá)林頓如下圖所示： 圖 31 達(dá)林頓結(jié)構(gòu) 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 16 鍵盤(pán)電路 簡(jiǎn)介 鍵盤(pán)電路作為二十一音電子琴系統(tǒng)中最重要的輸入設(shè)備，在系統(tǒng)中承擔(dān)著把操作人員想要輸入的信號(hào)輸入單片機(jī)的重要作用，所以對(duì)這這部分電路的設(shè)計(jì)我也花了不少心思，為了能最合理地應(yīng)用單片機(jī)的端口，我采用了 3 7 的矩陣鍵盤(pán)電路。整個(gè)矩陣電路是共陽(yáng)極接法，采用的掃描方式是低電平逐行逐列掃描。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)電路如下圖所示 圖 32 鍵盤(pán)原理圖 W78 ? 三端集成穩(wěn)壓器簡(jiǎn)介 從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因此稱(chēng)為三端穩(wěn)壓器。按功能分為固定式和可調(diào)節(jié)式穩(wěn)壓電路；前者輸出的電壓不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過(guò)外接外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。 三端穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、性能好、成本低、靠性高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中用的 W78 ? 系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路。 下面就對(duì) W78 ?做一下介紹。 W78 ? 系列輸出正電壓，有七個(gè)等級(jí) W780 W780 W780 W781 W781 W781 W7824 W79 ? 系列輸出負(fù)電壓、有七個(gè)等級(jí) W790 W790 W790 W791 W791 W791 W7924 型號(hào)最后兩位數(shù)為輸出電壓值， 如本次設(shè)計(jì)中采用的 W7805 其輸出的電壓為5V。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 17 當(dāng)輸出電壓 UO 因某種原因（如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化）而增大時(shí)，內(nèi)部比較放大 電路的反相輸入端電位隨之生高，使得放大電路輸出端電位下降，UO 勢(shì)必隨之減??；當(dāng)輸出電壓因某種原因而減小時(shí)，各部分的變化與上述過(guò)程相反；因而輸出電壓穩(wěn)定 [6]。 Protel 軟件制板及硬件的制作 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展 ,現(xiàn)代電子工業(yè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 ,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的使用使印制電路板的走線(xiàn)愈加精密和復(fù)雜。在這種情況下，傳統(tǒng)的手工方式設(shè)計(jì)和制作印制電路板已顯得愈來(lái)愈難以適應(yīng)形勢(shì)了。 進(jìn)入 90 年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了令人矚目的成就。 Protel 99 保持了Protel Technology 公司的革新傳統(tǒng)，比起 Protel 98，它在許多方面都有大幅度的提高。它具有極為全面的工具、文擋以及設(shè)計(jì)項(xiàng)目的組織功能，使用戶(hù)可比以往任何時(shí)候更輕松地駕馭電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)的全過(guò)程。 Protel 軟件的良好信譽(yù)以及 Protel 99 的卓越表現(xiàn)使之很快成為眾多 EDA 用戶(hù)的首選軟件 [7]。 Protel 99 的特點(diǎn) Protel99 主要由兩大部分組成： 原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)。他主要用于電路原理圖的設(shè)計(jì)，為印制電路板的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ PCB 99）。它只要用于印制電路板的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生最終的 PCB 文件，直接聯(lián)系到印制電路板的生產(chǎn) 。 印制電路板設(shè)計(jì) 一般而言，印制電路板設(shè)計(jì)最基本的完成過(guò)程大體可分為 3 個(gè)步驟： 一、原理圖的設(shè)計(jì)。 二、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。 三、印制電路板的設(shè)計(jì)。 具體有以下幾個(gè)步驟： （ 1）先打開(kāi) SCH 原理圖編輯器。 （ 2）新建一個(gè) SCH。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 18 （ 3）放置元器件。 （ 4）連線(xiàn)（如圖 33 所示）。 連線(xiàn)之后，得到的就是 Protel 軟件設(shè)計(jì)的原理圖 。 圖 33 二十一音電子 琴硬件原理圖 （ 5）設(shè)置零件的屬性（標(biāo)號(hào)，值， PCB 封狀）。 （ 6）制作元件封裝（如圖 34 所示）。 圖 34 元件封裝的制作 （ 7）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 19 （ 8）打開(kāi) PCB 編輯器并定邊框。 （ 9）加載網(wǎng)絡(luò)表。 （ 10）零件布局。 （ 11）手動(dòng)布線(xiàn)（如圖 36 所示）。 圖 36 二十一音電子琴 PCB 圖 （ 12）電氣規(guī)則檢查 [8]。 .3 元器件的安裝 經(jīng)過(guò)多次修改后畫(huà)出了附錄 3 中的 PCB 圖最后將設(shè)計(jì)好的 PCB 板送到廠里做出來(lái)。 最后 購(gòu)買(mǎi)清點(diǎn)元器件，進(jìn)行板 子的焊接，在過(guò)程中必須注意焊接的質(zhì)量及工藝，避免存在漏焊，虛焊的情況，元器件的安裝注意美觀，引腳問(wèn)題！ 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 20 第四章 單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)介 機(jī)器指令是 CPU 能直接識(shí)別并執(zhí)行的指令，它的表現(xiàn)形式是二進(jìn)制編碼。機(jī)器指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成，操作碼指出該指令所要完成的操作，即指令的功能，操作數(shù)指出參與運(yùn)算的對(duì)象，以及運(yùn)算結(jié)果所存放的位置等。由于機(jī)器指令與 CPU 緊密相關(guān)，所以，不同種類(lèi)的 CPU 所對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令也就不同，而且它們的指令系統(tǒng)往往相差很大。但對(duì)同 一系列的 CPU 來(lái)說(shuō)，為了滿(mǎn)足各型號(hào)之間具有良好的兼容性，要做到：新一代 CPU 的指令系統(tǒng)必須包括先前同系列CPU 的指令系統(tǒng)。只有這樣，先前開(kāi)發(fā)出來(lái)的各類(lèi)程序在新一代 CPU 上才能正常運(yùn)行 [9]。 由于用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序有以上諸多的不便，現(xiàn)在幾乎沒(méi)有程序員這樣編寫(xiě)程序了。雖然用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序有很高的要求和許多不便，但編寫(xiě)出來(lái)的程序執(zhí)行效率高， CPU 嚴(yán)格按照程序員的要求去做，沒(méi)有多余的額外操作。所以，在保留“程序執(zhí)行效率高”的前提下，人們就開(kāi)始著手研究一種能大大改善程序可讀性的編程方法。為了改善機(jī)器指令的可讀性， 選用了一些能反映機(jī)器指令功能的單詞或詞組來(lái)代表該機(jī)器指令，而不再關(guān)心機(jī)器指令的具體二進(jìn)制編碼。與此同時(shí)，也把 CPU 內(nèi)部的各種資源符號(hào)化，使用該符號(hào)名也等于引用了該具體的物理資源。 如此一來(lái)，令人難懂的二進(jìn)制機(jī)器指令就可以用通俗易懂的、具有一定含義的符號(hào)指令來(lái)表示了，于是，匯編語(yǔ)言就有了雛型?，F(xiàn)在，我們稱(chēng)這些具有一定含義的符號(hào)為助憶符，用指令助憶符、符號(hào)地址等組成的符號(hào)指令稱(chēng)為匯編格式指令 (或匯編指令 )。 匯編語(yǔ)言是匯編指令集、偽指令集和使用它們規(guī)則的統(tǒng)稱(chēng)。偽指令是在程序設(shè)計(jì)時(shí)所需要的一些輔助性說(shuō)明指令，它不 對(duì)應(yīng)具體的機(jī)器指令，有關(guān)內(nèi)容在以后的各章節(jié)中會(huì)有詳細(xì)敘述，在此不展開(kāi)介紹。 用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)為匯編語(yǔ)言程序，或匯編語(yǔ)言源程序，也可簡(jiǎn)稱(chēng)為江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 21 源程序。匯編語(yǔ)言程序要比用機(jī)器指令編寫(xiě)的程序容易理解和維護(hù) [10]。 系統(tǒng)軟件框圖以及程序設(shè)計(jì) 針對(duì)需要解決的問(wèn)題需要，將 CPU 所要執(zhí)行的操作寫(xiě)在一個(gè)方框里，并以一定的次序，用帶箭頭的直線(xiàn)把這些框框連接起來(lái)，指示出 CPU 的操作過(guò)程，這種表示出 CPU 操作過(guò)程的方框圖稱(chēng)為程序框圖或程序流程圖。主程序流程圖如圖41 所示 圖 41 主程序流程圖 二十一音電子琴系統(tǒng)的軟件部分主要是有主程序、初始化程序、按鍵掃描子程序、防抖動(dòng)子程序、鍵盤(pán)服務(wù)子程序、 發(fā)聲子程序、 T0 中斷服務(wù)子程序、延時(shí)子程序構(gòu)成。下面就具體來(lái)介紹每一個(gè)部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 初始化程序 開(kāi)始 初始化 是否有鍵按下 防抖動(dòng)程序 鍵盤(pán)服務(wù)程序 發(fā)聲程序 結(jié)束 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ) 22 初始化程序的主要作用是定義一些變量的初值以及對(duì)中斷、定時(shí)器的初始化。只有完成了了初始化程序后，后面的程序才能正常運(yùn)行。在初始化程序中要對(duì) R0， A 賦初值，要對(duì)中斷進(jìn)行設(shè)置，也要對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)這個(gè)思路，初始 化程序如下 [11]： CLR TR0 ；關(guān)中斷 MOV SP,60H ；定義堆棧 SETB ；使 口為高電平 MOV A,00H ；清零 A寄存器 SETB EA ；開(kāi)中斷 SETB ET0 ；允許 T0 中斷 MOV IP,2 ；令 T0 的中斷優(yōu)先級(jí)最高 MOV TMOD,1 ；設(shè)定 T0 工作于方式 1 MOV TH0,00H ；設(shè)定 T0 初始值 MOV TL0,00H 按鍵掃描以及鍵盤(pán)防抖程序