【文章內(nèi)容簡介】 要求如下 : 具有較高的實時性（反應(yīng)時間小于 秒）。 高、中、低音區(qū)發(fā)音準(zhǔn)確并有明顯區(qū)別。 線路板焊點飽滿、圓潤，無虛焊等現(xiàn)象。 PCB 板制作要求線路清晰、布局合理。 本次設(shè)計主要是要通過軟硬件的配合實現(xiàn)一個 二十一鍵電子琴的功能，操作人員可以通過按下鍵盤上任意一個鍵來發(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。因此本次畢業(yè)設(shè)計采用 AT89C51 單片機作為整個電路核心控制器件。 對于本交通控制系統(tǒng)使用一片 AT89C51 系列的單片機，不需要外擴展存儲器，就能實現(xiàn)顯示、預(yù)制狀態(tài)、動態(tài)調(diào)節(jié)的功能，因而整體結(jié)構(gòu)簡單。 AT89C51 的運用能夠使設(shè)計的二十一音電子琴系統(tǒng)滿足于實用。 設(shè)計電路時運用 89C51 系列單片機的接口來實現(xiàn)各種輸入、輸出功能。 口用來作輸出口 ,向發(fā)聲電路 輸出信號； P2 口和 P0 口共同實現(xiàn)一個矩陣鍵盤的功能。同時設(shè)計了一個直流穩(wěn)壓電路增加電路的適應(yīng)性， 增加了電路的適用性，使整個系統(tǒng)更加緊湊，工作十分穩(wěn)定 [4]。 系統(tǒng)的總體設(shè)計規(guī)劃 硬件部分 本次畢業(yè)設(shè)計采用 AT89C51 單片機作為面板控制部件， AT89C51 用上電自動復(fù)位， 12MHZ 的晶振和兩個微調(diào)電容形成晶振電路。面板上有 21 個按鍵，用于輸入音符；一個由兩個 CS9013 組成的達(dá)林頓對構(gòu)成聲音信號的輸出電路；一個直流穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供一個穩(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)計說明書 (論文 ) 14 圖 21 硬件原理框圖 軟件部分 軟件部分采用單片機匯編語言編寫程序。 單片機匯編語言程序設(shè)計步驟： 第一步 : 分析問題。 第二步 : 畫出程序的基本輪廓。 第三步 : 實現(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。通過編譯通過后，則將制作的 PCB電路與 AEDK51HB 仿真機進(jìn)行聯(lián)機仿真。檢測功能和設(shè)計任務(wù)能不能實現(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)過調(diào)試，實現(xiàn)了預(yù)期的成果和功能。就可以開始程序固化了。運用AEDK51HB 仿真將程序燒錄到 89C51 內(nèi)部 ROM 中，然后將單片機放入到電路中，再進(jìn)行觀察。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 15 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件模塊簡介 發(fā)聲電路簡介 發(fā)聲電路是這次設(shè)計的電路中的一個重要的組成部分，它承擔(dān)著把單片機所產(chǎn)生的聲音信號放大并輸出的重要作用。而我的設(shè)計中的發(fā)聲電路主要是由兩個CS9013 組成。 CS9013 是一種小功率的放大管，屬于 NPN 型三極管，而對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 。 對于 NPN 型三極管，用黑表筆接某一個電極，紅表筆分別接另外兩個電極，若測量結(jié)果阻值都較小，交換表筆后測量結(jié)果阻值都較大，則可斷定第一次測量中黑表筆所接電極為基極；如果測量結(jié)果阻值一大一小，相差很大，則第一次測量中黑表筆接的不是基極，應(yīng)更換其他電極重測。 二、判斷三極管發(fā)射極 e和集電極 c。 三極管基極確定后，通過交換表筆兩次測量 e、 c 極間的電阻，如果兩次測量的結(jié)果應(yīng)不相等，則其中測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。對于 PNP 型三極管，方法與 NPN 管類似，只是紅、黑表筆的作用相反。在測量 e、 c 極間電阻時要注意，由于三極管的 V(BR)CEO 很小，很容易將發(fā)射結(jié)擊穿。 當(dāng)我們對三極管的管腳判斷結(jié)束后，我們就可以用兩個三極管構(gòu)成一個達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。首先，當(dāng)單片機 口輸出一個高電平 ,由兩個三極管構(gòu)成的達(dá)林頓才能導(dǎo)通 ,導(dǎo)通后又能對電流有一定的放大作用 ,這樣輸送到喇叭的信號就能夠讓我們清楚地聽到了。 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)計說明書 (論文 ) 16 鍵盤電路 簡介 鍵盤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輸入單片機的重要作用，所以對這這部分電路的設(shè)計我也花了不少心思，為了能最合理地應(yīng)用單片機的端口，我采用了 3 7 的矩陣鍵盤電路。整個矩陣電路是共陽極接法，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)計思路，設(shè)計的鍵盤電路如下圖所示 圖 32 鍵盤原理圖 W78 ? 三端集成穩(wěn)壓器簡介 從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因此稱為三端穩(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。 本設(shè)計中用的 W78 ? 系列的三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓電路。 下面就對 W78 ?做一下介紹。 W78 ? 系列輸出正電壓，有七個等級 W780 W780 W780 W781 W781 W781 W7824 W79 ? 系列輸出負(fù)電壓、有七個等級 W790 W790 W790 W791 W791 W791 W7924 型號最后兩位數(shù)為輸出電壓值， 如本次設(shè)計中采用的 W7805 其輸出的電壓為5V。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 17 當(dāng)輸出電壓 UO 因某種原因（如電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載的變化）而增大時，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 勢必隨之減?。划?dāng)輸出電壓因某種原因而減小時，各部分的變化與上述過程相反；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)計和制作印制電路板已顯得愈來愈難以適應(yīng)形勢了。 進(jìn)入 90 年代以來，計算機技術(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)計項目的組織功能，使用戶可比以往任何時候更輕松地駕馭電子線路設(shè)計的全過程。 Protel 軟件的良好信譽以及 Protel 99 的卓越表現(xiàn)使之很快成為眾多 EDA 用戶的首選軟件 [7]。 Protel 99 的特點 Protel99 主要由兩大部分組成： 原理圖設(shè)計系統(tǒng)。他主要用于電路原理圖的設(shè)計，為印制電路板的設(shè)計打好基礎(chǔ)。 印制電路板設(shè)計系統(tǒng)（ PCB 99）。它只要用于印制電路板的設(shè)計，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 一般而言，印制電路板設(shè)計最基本的完成過程大體可分為 3 個步驟： 一、原理圖的設(shè)計。 二、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。 三、印制電路板的設(shè)計。 具體有以下幾個步驟： （ 1）先打開 SCH 原理圖編輯器。 （ 2）新建一個 SCH。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 18 （ 3）放置元器件。 （ 4）連線（如圖 33 所示）。 連線之后，得到的就是 Protel 軟件設(shè)計的原理圖 。 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，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)計說明書 (論文 ) 19 （ 8）打開 PCB 編輯器并定邊框。 （ 9）加載網(wǎng)絡(luò)表。 （ 10）零件布局。 （ 11）手動布線（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)過多次修改后畫出了附錄 3 中的 PCB 圖最后將設(shè)計好的 PCB 板送到廠里做出來。 最后 購買清點元器件，進(jìn)行板 子的焊接，在過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，引腳問題！ 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 20 第四章 單片機的軟件設(shè)計 單片機匯編語言簡介 機器指令是 CPU 能直接識別并執(zhí)行的指令，它的表現(xiàn)形式是二進(jìn)制編碼。機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)指出參與運算的對象，以及運算結(jié)果所存放的位置等。由于機器指令與 CPU 緊密相關(guān)，所以，不同種類的 CPU 所對應(yīng)的機器指令也就不同，而且它們的指令系統(tǒng)往往相差很大。但對同 一系列的 CPU 來說，為了滿足各型號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，先前開發(fā)出來的各類程序在新一代 CPU 上才能正常運行 [9]。 由于用機器語言編寫程序有以上諸多的不便，現(xiàn)在幾乎沒有程序員這樣編寫程序了。雖然用機器語言編寫程序有很高的要求和許多不便，但編寫出來的程序執(zhí)行效率高， CPU 嚴(yán)格按照程序員的要求去做，沒有多余的額外操作。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。為了改善機器指令的可讀性， 選用了一些能反映機器指令功能的單詞或詞組來代表該機器指令，而不再關(guān)心機器指令的具體二進(jìn)制編碼。與此同時，也把 CPU 內(nèi)部的各種資源符號化，使用該符號名也等于引用了該具體的物理資源。 如此一來，令人難懂的二進(jìn)制機器指令就可以用通俗易懂的、具有一定含義的符號指令來表示了，于是，匯編語言就有了雛型?，F(xiàn)在，我們稱這些具有一定含義的符號為助憶符，用指令助憶符、符號地址等組成的符號指令稱為匯編格式指令 (或匯編指令 )。 匯編語言是匯編指令集、偽指令集和使用它們規(guī)則的統(tǒng)稱。偽指令是在程序設(shè)計時所需要的一些輔助性說明指令，它不 對應(yīng)具體的機器指令，有關(guān)內(nèi)容在以后的各章節(jié)中會有詳細(xì)敘述，在此不展開介紹。 用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序，或匯編語言源程序，也可簡稱為江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 21 源程序。匯編語言程序要比用機器指令編寫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 針對需要解決的問題需要，將 CPU 所要執(zhí)行的操作寫在一個方框里，并以一定的次序，用帶箭頭的直線把這些框框連接起來，指示出 CPU 的操作過程，這種表示出 CPU 操作過程的方框圖稱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、防抖動子程序、鍵盤服務(wù)子程序、 發(fā)聲子程序、 T0 中斷服務(wù)子程序、延時子程序構(gòu)成。下面就具體來介紹每一個部分的設(shè)計內(nèi)容。 初始化程序 開始 初始化 是否有鍵按下 防抖動程序 鍵盤服務(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)計說明書 (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中斷、定時器的初始化。只有完成了了初始化程序后，后面的程序才能正常運行。在初始化程序中要對 R0， A 賦初值，要對中斷進(jìn)行設(shè)置，也要對定時器進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)這個思路，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 ；開中斷 SETB ET0 ；允許 T0 中斷 MOV IP,2 ；令 T0 的中斷優(yōu)先級最高 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 按鍵掃描以及鍵盤防抖程序