【正文】 導(dǎo)以及同學(xué)與朋友的幫助，和家人的支持與鼓勵(lì)，讓我在大學(xué)期間獲益良多。當(dāng)我回首眺望，看到自己一生最珍貴的時(shí)光能在大學(xué)校園之中，有著眾多有共同興趣愛(ài)好的朋友，實(shí)在是榮幸之極。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己真的有很大的提高，以后工作有機(jī)會(huì)多多接觸這方面的實(shí)踐，積累相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際中學(xué)到書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)。當(dāng)然在組合的時(shí)候也出現(xiàn)過(guò)程序問(wèn)題，因?yàn)槲矣械牟糠质褂昧送粋€(gè)工作寄存器，還有定時(shí)器。做揚(yáng)聲器的時(shí)候我選用了喇叭。原先的方案是獨(dú)立式按鍵，最后發(fā)現(xiàn)按鍵少，達(dá)不到要求，最終選擇了4*4矩陣鍵盤。然后根據(jù)這些資料在Proteus軟件上進(jìn)行了繪制，并進(jìn)行前期的仿真，之后開(kāi)始硬件的焊裝。但由于實(shí)際操作中碰到很多問(wèn)題，影響到設(shè)計(jì)的進(jìn)度，最終設(shè)計(jì)的要求改為，帶音樂(lè)播放（2首），帶按鍵彈琴。第5章 總結(jié)個(gè)人覺(jué)得本次的單片機(jī)還是非常有意義的，我覺(jué)得帶給我的好處可以總結(jié)為兩點(diǎn)：第一，能讓把實(shí)際的與理論的知識(shí)做一個(gè)結(jié)合，第二，讓我們對(duì)單片機(jī)這一個(gè)應(yīng)用學(xué)科，有了更深入的學(xué)習(xí)，了解單片機(jī)的各種操作，而不僅僅局限在書(shū)本上念字。 開(kāi) 始是否否x 0？是 x y0? y 返 回圖44 延時(shí)子程序流程圖在函數(shù)初始化子程序設(shè)計(jì)中，在主函數(shù)內(nèi)，給某些參數(shù)以及一些標(biāo)記位賦個(gè)初值并編寫成一個(gè)函數(shù)，也就是函數(shù)初始化程序，如此可以讓程序能更加擁有層次，更明顯易懂。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的晶振采用的是12M，因此執(zhí)行每條指令所用時(shí)間為2us。按鍵掃描子程序的流程圖如圖43所示。 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)流程圖 主程序流程圖開(kāi)始掃描鍵盤否否讀下一個(gè)音符否是關(guān)閉定時(shí)器P0口置0是是否停止播放？算出定時(shí)器初值識(shí)別按鍵 是有矩陣鍵按下？算出音符的音調(diào)、節(jié)拍否是是否結(jié)束符？讀取歌曲播放鍵按下？關(guān)閉T0 T1否是按鍵是否釋放？開(kāi)啟定時(shí)器，并賦初值，揚(yáng)聲器發(fā)聲按節(jié)拍延遲根據(jù)音調(diào)給T0賦初值開(kāi)啟T0 T1 圖41主程序流程圖 歌曲播放流程圖 開(kāi) 始 初 始 化設(shè)置音節(jié)起始位置和節(jié)拍間距讀取音節(jié)，音符顯示當(dāng)前播放歌曲 節(jié) 拍 結(jié) 束 音 樂(lè) 結(jié) 束圖42 歌曲播放流程圖 按鍵掃描流程圖由于定時(shí)器的初始值設(shè)置不一樣，所以不同按鍵對(duì)應(yīng)不同的功能。所以在音樂(lè)編碼表中的第0和第1元素用來(lái)表示曲速。而右邊有三橫則是用0x10表示；右下角有一點(diǎn)：加上當(dāng)前延時(shí)的一半。若底面有個(gè)橫線就是用0x02表示；右邊有個(gè)橫則用0x08表示。一首歌曲如果是4分音符組成，那一拍就是0x04。就像中音do就表示成0x11。 音樂(lè)編碼一個(gè)音符中要有兩個(gè)音節(jié)，其中音調(diào)占用一個(gè)字節(jié)，而另一個(gè)字節(jié)被節(jié)拍占用。單片機(jī)內(nèi)可以很容易的就得到不一樣頻率的脈沖，形成有方波頻率的信號(hào)通過(guò)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器就能直接實(shí)現(xiàn)。這樣我們就可以用節(jié)拍來(lái)描述一首音樂(lè)可以持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)遇到休止符時(shí)，發(fā)音會(huì)暫停。節(jié)拍的英文叫做Beat，通俗點(diǎn)來(lái)講就是打拍子，比如在聽(tīng)音樂(lè)的時(shí)候會(huì)情不自禁的隨其拍手。C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表如表42所示。通過(guò)查表可查到OOH與FFH，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。（2）在計(jì)數(shù)器模式下工作，只要采用AT89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器就能實(shí)現(xiàn)，然后通過(guò)獲取TH0和TL0的數(shù)值的方法來(lái)產(chǎn)生不同頻率。（1）以生成音頻脈沖，以解決只是一個(gè)音頻周期（1 /頻率），那么這段除以2，其中一半是周期時(shí)間。這些變化音中﹟的作用是在基于原來(lái)的音上再升高半音，叫做升記號(hào)，b的作用是在基于原來(lái)的音再降低半音，叫做降記號(hào)。而C、D、E、F、G、A、B這組音調(diào)名可以被我們拆為12個(gè)等份，可以用一個(gè)“半音”來(lái)描述一個(gè)等份，用“全音”來(lái)描述相鄰兩個(gè)音間隔的兩個(gè)“半音”。音符頻率對(duì)照表如表41所示。特別的，音樂(lè)的結(jié)束由結(jié)束符(00H)表示，音樂(lè)的停頓效果則是由休止符(FFH)表示，還可以在相同的兩個(gè)音符間或其他音符間插入時(shí)間單位頻率不一樣的音符，這樣可以增強(qiáng)節(jié)奏感[20]。但是初值是不能直接去改變的，所以想要控制節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短，可以通過(guò)判斷中斷計(jì)數(shù)器的值來(lái)實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生不同的節(jié)拍，這是因?yàn)門0的定時(shí)時(shí)間最多只有131ms，不過(guò)可以利用T0生成10ms的時(shí)間基準(zhǔn)，再設(shè)置一個(gè)中斷計(jì)數(shù)器就行了[19]。另外，音符的頻率有所不同。先了解一下音調(diào)，對(duì)于音調(diào)，聲音的頻率與聲音播放的強(qiáng)度就是其確定因素。單片機(jī)發(fā)聲是通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音，其原理是在接口線處生成“高電平”或“低電平”，這樣就可以制造一定頻率的方波信號(hào)，而發(fā)出的聲音不可能是單一的，所以要對(duì)“高低”電平的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制，這些都是通過(guò)一個(gè)延時(shí)程序來(lái)控制的，這樣就可以改變音調(diào)，放出不同的聲響[16]。目前差不多有超出10萬(wàn)名微控制器開(kāi)發(fā)人員在使用這種獲得業(yè)界認(rèn)同的解決方案[17]。在WINDOWS7和WINXP等一些操作系統(tǒng)中就可以使用Keil軟件。如今使用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言大部分是C語(yǔ)言，美國(guó)Keil公司出品一款開(kāi)發(fā)系統(tǒng)就支持在單片機(jī)上運(yùn)用C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，是51系列的KeilC51軟件，C語(yǔ)言比匯編語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)要大的多，不管從功能上，結(jié)構(gòu)上，還是可讀性，可維護(hù)性上都明顯，而且簡(jiǎn)單易懂。該平臺(tái)同樣支持許多的編譯器，比如IAR和Keil以及MATLAB等，以便用戶只用同一個(gè)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)操作。Proteus是世界上著名的EDA工具，從原理圖的布圖、代碼的調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，以及一鍵切換到PCB的設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)[18]。這款操作系統(tǒng)不僅涵蓋了別的EDA操作系統(tǒng)進(jìn)行仿真的功效，對(duì)于單片機(jī)和它的外圍電路同樣可以仿真[15]。要想系統(tǒng)擁有較快的工作效率，以及較高的可靠性，除了硬件系統(tǒng)的影響外，軟件系統(tǒng)同樣起到?jīng)Q定性的作用。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)之間是密切相聯(lián)的，軟件系統(tǒng)的成立是建立在硬件系統(tǒng)完成的前提上，離開(kāi)了硬件系統(tǒng)，軟件將無(wú)法實(shí)現(xiàn)任何功能。若是把這個(gè)系統(tǒng)比作人，那么人的軀體就是硬件系統(tǒng)，而人的靈魂則是軟件系統(tǒng)，只有將硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間相互完美的配合才能組成一個(gè)能夠“思考”和“判斷”的整體系統(tǒng)[16]。此聲音電路實(shí)現(xiàn)的功能就是播放音樂(lè)，在電子琴模式下，按鍵彈奏出的聲音也是由喇叭播放出來(lái)的。但因?yàn)閾P(yáng)聲器所需驅(qū)動(dòng)功率較小，驅(qū)動(dòng)器件要求也較低，所以選用2N3904型號(hào)的 NPN型三極管就可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，這樣在設(shè)計(jì)中所用的成本也會(huì)相應(yīng)的減少。圖36 揚(yáng)聲器原理圖聲音電路是由2N3904 NPN三極管和喇叭組成。這樣，按鍵的功能就可以根據(jù)獲取的坐標(biāo)，也就是(x，y)中x與y的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖35 鍵盤電路原理圖 鍵盤掃描的時(shí)候，會(huì)先對(duì)其橫坐標(biāo)x進(jìn)行操作，也就是掃描“行”,再對(duì)其縱坐標(biāo)y進(jìn)行操作，也就是掃描“列”。本次設(shè)計(jì)選用的鍵盤耗能低，并且由于它的外圍電路元件少，擴(kuò)充起來(lái)會(huì)更靈活。若輸出端都是高電平的話，就表示按鍵沒(méi)有被按下。本次設(shè)計(jì)中鍵盤用的是4*4矩陣鍵盤，它是將16個(gè)按鍵依據(jù)4行4列的方式進(jìn)行排版，鍵盤在單片機(jī)中是通過(guò)JP50端口進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?。所以在設(shè)計(jì)中選用非編碼鍵盤可以節(jié)省許多的成本。但是由于編碼鍵盤的硬件電路復(fù)雜，所以其價(jià)格也相應(yīng)的昂貴，就算其接口簡(jiǎn)單，用起來(lái)也挺方便，但是一般簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中不會(huì)應(yīng)用編碼鍵盤，只有一些廠商生產(chǎn)的商品才會(huì)用到。圖34 顯示電路原理圖 4*4矩陣鍵盤識(shí)別電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的鍵盤按鍵分為好多種，比如有電容式，有導(dǎo)電式，還有機(jī)械式和薄膜式等，而將電路接通與斷開(kāi)就是這些鍵盤按鍵的基本功能，所以不管是什么種類的按鍵，都有這些基本的功能。本設(shè)計(jì)中1602液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)多種顯示功能，比如在開(kāi)機(jī)過(guò)程中能夠顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面，提示開(kāi)機(jī)；在功能選擇上可以顯示當(dāng)前所選擇的功能模塊畫(huà)面以及電子琴模式中可以顯示在琴鍵上按下的鍵值。圖33 晶振電路原理圖 顯示電路本設(shè)計(jì)顯示部分是采用液晶顯示器1602，單片機(jī)的P0口是一個(gè)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的雙向I/O口，當(dāng)使用P0口訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口內(nèi)部已有上拉電阻，當(dāng)P0口作程序檢驗(yàn)，輸出指令字節(jié)時(shí)，必須外接上拉電阻。晶振頻率選擇12MHz。生成時(shí)鐘信號(hào)的方式可以分為兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘的方式，另一種是外部時(shí)鐘的方式，本課題采用就是內(nèi)部時(shí)鐘方式。而要將信號(hào)變成單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，只有在內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器上將振蕩脈沖信號(hào)通過(guò)二分頻的操作才能實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)晶振電路中使用的是固定電容C5與C6，兩個(gè)電容都是30pF。想要實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路的功能，就是通過(guò)外接電容C1與外接電阻R8來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了在實(shí)現(xiàn)功能時(shí)電路的安全，在系統(tǒng)中電源穩(wěn)定以后，等待撤消的復(fù)位信號(hào)必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)，這樣的目的是為了防止在電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)或關(guān)閉過(guò)程中引發(fā)的抖動(dòng)而影響復(fù)位。要想在RST腳上能生成的高電平多于2個(gè)機(jī)器周期，就直接將RC按照這個(gè)數(shù)值進(jìn)行組合。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能時(shí)要適當(dāng)組合RC的取值就可以保證復(fù)位的可靠性，因?yàn)閱纹瑱C(jī)一般會(huì)在RST腳上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)就會(huì)復(fù)位。復(fù)位電路原理圖如圖32所示?；?2單片機(jī)的最小系統(tǒng)的電路原理圖，如圖31所示。單片機(jī)有個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)，也就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是可以正常工作的，但由于構(gòu)成此系統(tǒng)只用了最少的元器件，所以功能也相應(yīng)的比較單一。根據(jù)這些信息可以看出52其實(shí)是51的增強(qiáng)型，在定時(shí)器方面52也比51的定時(shí)器多了一個(gè)T2，在串行通信中可以設(shè)置更高的波特率，由此可見(jiàn)T2的功能實(shí)現(xiàn)上與其他的兩個(gè)定時(shí)器也不同樣，在ROM上52比51要多4K，中斷也多2個(gè)，意味著看門狗也比51多出一個(gè)來(lái)，另外52在掉電與數(shù)據(jù)指針等方面也有一些改善[14]。這類單片機(jī)有NEC公司的MPD7800，MITSUBISHI公司的M337700，REVKWELL公司的R6500[9]。九十年代以后，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用雙CPU或內(nèi)部流水線，CPU位數(shù)有8位、16位、32位，時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHZ，片內(nèi)帶有PWM輸出、監(jiān)視定時(shí)器WDT、可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA、DMA傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)?，F(xiàn)如今，盡管單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但是80C51單片機(jī)由于兼容其他類型單片機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，所以80C51依然是主流，可以說(shuō)占據(jù)了該領(lǐng)域的半壁江山。單片機(jī)中的復(fù)位電路是由電阻和電容組成的，其中電阻和電容都是從外部接入的，復(fù)位電路的輸出端口是RST/Vpd(9腳)。AT89C52有許多功能，主要包括初始化一些功能部件，比如把主IC 的內(nèi)部寄存器與數(shù)據(jù)RAM和外部接口等進(jìn)行匯聚，還有可以把調(diào)整控制匯聚，將測(cè)試圖控制匯聚以及接受并解碼紅外遙控信號(hào)IR和對(duì)主板CPU進(jìn)行通信等[12]。從80年代開(kāi)始，最初只有4位、8位的單片機(jī)，到現(xiàn)在的高速單片機(jī)已經(jīng)達(dá)到了300M。此方案中選用1602液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)是其在編寫程序時(shí)方便，顯示的也穩(wěn)定，而且占用的CPU時(shí)序少，另外它和矩陣鍵盤一樣在其外圍電路中可以有不少的擴(kuò)展功能。鑒于人耳有限的分辨力，所以曲譜中的節(jié)拍碼直接可以用延時(shí)來(lái)替換，每個(gè)音符發(fā)音30MS，這樣就使編程更加的簡(jiǎn)單了。按照十二平均律，（就是把八度定義為1200音分，其中全因音符占用200音分，半音占100音分，共十二個(gè)半音）每個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的頻率由定時(shí)器T0產(chǎn)生。 AT89C52顯示電路4*4矩陣鍵盤晶振電路聲音電路復(fù)位電路圖21 總體設(shè)計(jì)框圖 選用的方案（1）硬件設(shè)計(jì) ：系統(tǒng)把AT89C52當(dāng)做整個(gè)電路主控制核心，而外部的程序存儲(chǔ)器需要擴(kuò)展則是利用74LS373與27512，對(duì)播放器的控制是采用按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的，4*4鍵盤矩陣控制電子琴的發(fā)音，顯示電路采用1602液晶顯示器來(lái)顯示，晶振部分用的頻率大小是12MHz，從P3．0口輸出的音樂(lè)信號(hào)由揚(yáng)聲器傳出并放出動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)。而復(fù)位電路的作用就是建造程序的初始狀態(tài)，在發(fā)生意外或者程序報(bào)錯(cuò)時(shí)，就能將單片機(jī)重新啟動(dòng)，保證電路的安全。顯示相應(yīng)的功能必須要使用顯示器，本次設(shè)計(jì)采用的是1602顯示器，通過(guò)單片機(jī)P1口控制，實(shí)現(xiàn)功能切換的顯示；如果要進(jìn)行相應(yīng)的操作時(shí)，就使用按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)作為按鍵模塊的功能按鍵，在單片機(jī)的P3口上實(shí)施控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)歌曲的播放與模塊切換的功能；揚(yáng)聲器則是通過(guò)單片機(jī)的P2口進(jìn)行控制的，主要是能實(shí)現(xiàn)播放樂(lè)曲和演奏的功能；同時(shí)有液晶顯示器顯示電子琴琴鍵的鍵值，揚(yáng)聲器播放出音樂(lè)。想要播放音樂(lè)時(shí)，直接按下按鍵，然后判斷鍵值，并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0，這樣生成相應(yīng)頻率的脈沖，通過(guò)單片機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭，就能放出樂(lè)曲了。利用定時(shí)器計(jì)使用這個(gè)半周期的時(shí)間,然后在重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間，在計(jì)時(shí)結(jié)束后再將I/O口進(jìn)行反相,直接就能在I/O腳上獲得這個(gè)頻率的脈沖信號(hào)。 總體設(shè)計(jì)原理基本發(fā)聲原理是通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生一定長(zhǎng)度的方波，方波脈沖驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。（2）電子琴模式下通過(guò)4*4鍵盤演奏不同的音樂(lè)。4. 采用1602液晶顯示歌曲。，在Pro