【正文】 .................................................... 1 1 方案論證 .......................................................... 2 控 制模塊選擇方案 ............................................ 2 設(shè)計(jì)目標(biāo) .................................................... 2 按鍵選擇方案 ................................................ 2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................... 3 系統(tǒng)組成及總體框圖 ......................................... 3 元件簡介 .................................................... 3 AT89S51............................................... 3 LED 數(shù)碼管 ............................................ 5 顯示電路 .................................................... 6 各功能模塊原理圖和工作原理 .................................. 6 AT89S51 模塊電路原理圖 ................................ 6 鍵盤掃描模塊電路原理圖 ................................ 7 鍵盤掃描模塊的工作原理 ................................ 7 數(shù)碼管工作原理及電路圖 ............................... 10 音樂播放設(shè)計(jì) ......................................... 12 音頻模塊電路原理圖 ................................... 13 二 極管顯示模塊 ...................................... 15 鍵盤控制單片機(jī)模式模塊 .............................. 17 3 仿真模型構(gòu)建 .................................................... 17 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍 ................................. 17 如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖 ................................... 18 系統(tǒng)總體功能流程圖 ......................................... 19 4 電路仿真 ......................................................... 19 ISIS 軟件介紹 .............................................. 19 keil 簡介 .................................................. 20 仿真圖介紹 ................................................. 21 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................... 21 硬件調(diào)試 ............................................. 21 軟件調(diào)試 ............................................. 22 仿真圖 ..................................................... 22 5 仿真和調(diào)試結(jié)論 ................................................... 23 不足之處 ................................................... 23 2 研究展望 ................................................... 23 參考文獻(xiàn) ........................................................... 24 致 謝 ............................................................. 25 ABSTRACT........................................................... 26 附件 ............................................................... 27 1 引 言 單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集 成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的 主要內(nèi)容是用 AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)多功能電子琴。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的電子鍵盤樂器。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡易電子琴。 機(jī)電與車輛工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的多功能電子琴的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 09（ 2）班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 1609090217 指導(dǎo)教師： 日 期： 2021 年 6 月 5 日 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，音樂漸漸成為我們生活中很重要的一部。在忙碌的生活中，我們總會(huì)抽空欣賞喜愛的歌曲，作為對(duì)精神的洗禮和心靈的升華。生活中，我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動(dòng)放音功能等等很好奇。它在現(xiàn)代音樂中扮演著非常重要的角色，形形色色的物品已經(jīng)表明單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的現(xiàn)代生活的一部分。擁有彈奏和自動(dòng)播放功能。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)發(fā)生變革。 本 設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容是用 AT89S51 單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè) 多功能 電子琴。 本 設(shè)計(jì) 主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì) 多功能 電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴 系 統(tǒng)硬件組成。并且本 設(shè)計(jì) 分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。 隨著電子科技的快速發(fā)展，電子技術(shù)正在漸漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作等各個(gè)方面，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣。單片機(jī)技術(shù)可以使 我們利用軟 硬 件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而 實(shí)現(xiàn)電子琴 的微型化 ， 可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。 雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？?，所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究， 精心設(shè)計(jì)；及時(shí)掌握最新的單片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命力?，F(xiàn)在，雖然單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，可是仍有許多可以用它來控制而未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有可以想象和拓展的空間。將 220V 交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過整流 、濾波，獲得 + 直流電壓。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。 方案三：采用 AT89S51 單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到 8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡單易操作。通過分析后，無論是在器件價(jià)格或是常見度上均是可行的。 通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 按鍵選擇方案 傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“ 1”到“ A”鍵演奏從低 SO 到高 DO 等 11 音。比傳統(tǒng)音階范圍大，彈奏效果好。 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成及總體框圖 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的單片機(jī)的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)中 所要使用的具體元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。本設(shè)計(jì)具有 16 個(gè)音節(jié)的鍵盤，可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行彈奏，音樂發(fā)生器會(huì)根據(jù)自己的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂，因?yàn)樗鼪]有足夠的驅(qū) 動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 元件簡介 AT89S51 功能特性： AT89S51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng) 可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，鍵盤掃描 AT89S51 數(shù)碼管顯示 揚(yáng)聲器播放音樂 電源部分 4 看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼 續(xù)工作。 主要性能：與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器、1000 次擦寫周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 、 32 個(gè)可編程 I/O 口線 、三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。 GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不 管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 LED 是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管 a~g 控制七個(gè)筆畫（段） 6 的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。才能顯示出正確的數(shù)字來。通過單片機(jī)查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。在這一 過程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過中斷程序進(jìn)行控制。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9