【正文】 控制的電子琴，單片機(jī)工作于 12MHZ 時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計(jì)數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 本例使用國家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器 LM386 來實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié) ，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [1]。 管腳說明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) ， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部 5 程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和 控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下 表 所示： 表 管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 6 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 LM386 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。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。 LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中 [4]。 圖 LM386的封裝形式 特性 (Features): (1)靜態(tài)功耗低，約為 4mA，可用于電池供電 ； (2)工作電壓范圍寬， 412V or 518V； (3)外圍元件少 ； (4)電壓增益可調(diào)， 20200； (5)低失真度。 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）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(jiǎn)單，使用方便 [5]。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。 11 圖 鍵盤掃描模塊電路原理圖 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽級(jí)數(shù)碼管，通過來自單片機(jī) I/O 口的電平高低來點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機(jī)送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對(duì)應(yīng)的音符。 圖 音頻處理模塊電路原理圖 電源模塊電路原理圖 由于本次設(shè)計(jì)的芯片的工作電壓都為 5V，為了排除因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定或者不準(zhǔn)確影響電路的工作和軟件的調(diào)試，本次設(shè)計(jì)單獨(dú)用 LM7805 設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出 5V 的電壓的電路，如圖311 所示 ,其中 J0 為一變壓器插排接口，輸出電壓在 ，為交流電壓，經(jīng)過整流橋進(jìn)行整流，電容濾波，再經(jīng)過 LM7805 穩(wěn)壓后，得到本次設(shè)計(jì)所需的 5V 直流電源。 音樂相關(guān)知識(shí) 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B 表示的，這 7 個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂 [6]。 節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時(shí)是 秒，則 1 拍的延時(shí)是 秒，只要知道 1/4 拍的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí)間就是它的陪數(shù)。 對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器來完成 [7]。 在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于 12MHZ 時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計(jì)數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，在此情況下， C 調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T 的對(duì)照如下表： 表 音符頻率與計(jì)數(shù)值 T的對(duì)照表 音符 頻率（ HZ） 計(jì)數(shù)值（ T值） 音符 頻率（ HZ） 計(jì)數(shù)值（ T值） 低 1DO 262 63628 4FA 740 64860 1DO 277 63737 中 5SO 784 64898 低 2RE 294 63835 5SO 831 94934 2RE 311 63928 中 6LA 880 64968 低 3MI 330 64021 6LA 932 64994 低 4FA 349 64103 中 7SI 968 65030 4FA 370 64185 低 1DO 1046 65058 低 SO 392 64260 1DO 1109 65085 5SO 415 64331 高 2RE 1175 65110 低 6LA 440 64400 2RE 1245 65134 6LA 466 64463 高 3MI 1318 65157 15 低 7SI 494 64524 高 4FA 1397 65178 中 1DO 523 64580 4FA 1490 65198 1DO 554 64633 高 5SO 1568 65217 中 2RE 587 64633 5SO 1661 65235 2RE 622 64884 高 6LA 1760 65252 中 3MI 659 64732 6LA 1865 65268 中 4FA 698 64820 高 7SI 1967 65283 T 的值決定了 TH0 和 TL0 的值，其關(guān)系為： TH0=T/256， TL0=T%256[8] 系統(tǒng)總體功能流程圖 圖 主程序框圖 N 定時(shí)器初始化數(shù)碼管顯示 0 主程序 開始 循環(huán)檢測(cè)按鍵 Y 數(shù)碼管顯示 揚(yáng)聲器出 聲 16 K1 鍵按下 K2 鍵按下 K3 鍵按下 K4 鍵按下 K5 鍵按下 K6 鍵按下 K7 鍵按下 數(shù)碼管顯示 3.，并播放 mi 的低音 數(shù)碼管顯示 4.，并播放 fa 的低音 數(shù)碼管顯示 5.，并播放 so 的低音 K8 鍵按下 數(shù)碼管顯示 6.，并播放 la 的低音 數(shù)碼管顯示 7.，并播放 si 的低音 數(shù)碼管顯示 1，并播放 do 的中音 數(shù)碼管顯示 2，并播放 re 的中音 數(shù)碼管顯示 3，并播放 mi 的高階中音 17 圖 按鍵子程序流程圖 K9 鍵按下 K10 鍵按下 K11 鍵按下 K12 鍵按下 K13 鍵按下 K14 鍵按下 K15 鍵按下 數(shù)碼管顯示 4并播放fa 的中音 數(shù)碼管顯示 5并播放so 的中音 數(shù)碼管顯示 6，并播放 la 的中音 K16 鍵按下 數(shù)碼管顯示 7，并播放 si 的中音 數(shù)碼管顯示 A，并播放 do 的高音 數(shù)碼管顯示 B，并播放 re 的高音 數(shù)碼管顯示 C，并播放 mi 的高音 數(shù)碼管顯示 D，并播放 fa 的高階高音 18 4 電路仿真 ISIS 軟件介紹 Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。 該軟件的特點(diǎn)是： (1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。 (2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。 (3)提供軟件調(diào)試功能。 (4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。本章介紹 Proteus ISIS 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作 [9]。 鍵盤掃描：將 16 位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（ ~）用于鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（ ~）用于給鍵盤掃描信號(hào)。 音樂處理： LM386 將單片機(jī) 口送過來的信號(hào)進(jìn)行 20 倍的功率放大并送揚(yáng)聲器進(jìn)行音樂的播出。 印制電路板圖 圖 主控電路 PCB板圖 21 圖 PCB板圖 22 6 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功 能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。 在軟件運(yùn)行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。 在確保軟件仿真電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可進(jìn)行軟件運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，軟件運(yùn)行主要是測(cè)試單片機(jī)鍵盤控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。 軟件調(diào)試 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。 7 調(diào)試結(jié)論 通過各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)部分功能已實(shí)現(xiàn)。基本達(dá)到預(yù)定的效果。 23 附錄 1： 元器件清單 名稱 參數(shù) 數(shù)量 備注 排阻 8*470 2 RP1,RP2 插排 SIP2 3 J0,J1,J3 SIP8 2 J4,J5 鍵盤 直鍵開關(guān) 16 K1K16 電容 CC13V30pf 2 C21,C22 1 C33 3 C12,C13,C31 1 C32 CD1125V470u 3 C11,C14,C23 電阻 1 R32 2 R11,R21 1 R31 晶振 1 Y21 揚(yáng)聲器 駐極體電容式 1 數(shù)碼管 DIP10 1 DPY 24 附錄 2： 主要 電路原理圖 25 附錄 3： 主要程序 ORG 0000H 。跳到主程序 ORG 000BH 。跳到中斷程序 STARET: MOV TMOD,00000001B。開中斷允許 SETB TR0 L1: CALL KEY 。關(guān)中斷總允許 JB F0,L1 。將鍵盤碼送單元 A MOV DPTR,TABLE1 MOVC A,A+DPTR 。將數(shù)碼管顯示碼送數(shù)碼管 MOV A,22H 。數(shù)據(jù)倍乘 MOV DPTR,TABLE MOVC A,A+DPTR。將聲音編碼高位給 TH0 MOV 21H,A。取聲音編碼地位給 A MOV TL0,A。將聲音編碼低位送 20H 儲(chǔ)存 L2: CALL KEY。開斷總允許 26 JB F0,L1。沒有轉(zhuǎn) L2 循環(huán) /*******鍵盤掃描程序 *********/ KEY: SETB F0 。R3 送掃描碼 MOV R1,00H。將掃描碼送 A MOV P2,A 將掃描碼送 P2 掃描 MOV A,P2。進(jìn)位至 1 MOV R5,04H。有鍵按下跳到 KEYIN INC R1。判斷