【正文】 設(shè)計(jì)，按下鍵盤矩陣中的按鍵會使揚(yáng)聲器播放對應(yīng)的音符。對單片機(jī)的了解有了一個小的飛躍。 系統(tǒng)功能概述 本系統(tǒng)是利用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子琴，硬件電路簡單，如果設(shè)計(jì)對象為復(fù)雜的電子琴系統(tǒng)，其實(shí)際原理與方法與本設(shè)計(jì)基本相同。比如，使用單片機(jī)可以驅(qū)動蜂鳴器或者揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，還可以控制其發(fā)出的不同聲調(diào)，從而連接起來構(gòu)成一個 曲子。但是，這種模塊價格比較昂貴，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 一般來說，單片機(jī)不像其他專業(yè)樂器那樣能奏出多種音色的聲音，即不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率。因此單片機(jī)演奏音樂比較簡單，只需要清楚“音調(diào)”和“節(jié)拍”。 節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。利用定時器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出不同音調(diào)。 這次的電子琴是由 4 4組成 16 個按鈕矩陣，設(shè)計(jì)成 16 個音。用戶可通過這 16個鍵的隨意組合來產(chǎn)生不同的音樂，使用起來也很簡單。但其存儲的數(shù)據(jù)掉電后會消失，因此不適合用于存儲長時間不變的數(shù)據(jù)。 方案三： 采用串行 EEPROM 存儲 LED 顯示屏要顯示的信息。它克服了常用的 281 281 2864 等并行 EEPROM 器件價格高、體積大、可靠性低（這些器件如不采取措施，在上電、下電時常會丟失數(shù)據(jù)）等不足，在速度要求不是很高的情況下，該器件是最理想的選擇。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 3章 硬件的設(shè)計(jì) 硬件的構(gòu)成 AT89C51 單片機(jī) 本系統(tǒng)的單片機(jī)選用 AT89C51 單片機(jī)， AT89C51 是一個低 功耗，高性能CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器 的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM 定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 同時，編輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并且禁止其它所有 部件的工作。 GND：接地。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，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，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 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)訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，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)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， 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。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。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。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 芯片的擦除 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩 種 軟件 可選 的掉電模式。但 RAM，定時器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 串口通訊 SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器?！睂?shí)際上 SBUF 包含了兩個獨(dú)立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另 一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址－99H。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 當(dāng)然你也可以用其它的名稱。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。它的尋址地址是 98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。它的各個位的具體定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。 SM0 SM1 模式 功能 波特 率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過 ，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。 UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。在模式 0 中要求該位為 0。 REM 是由軟件置位或清零。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入 REM=0 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。該位可能是奇偶位，地址 /數(shù)據(jù)標(biāo)識位。在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。 TI 置位后，申請中斷， ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。 RI 接收中斷標(biāo)識位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件 置位。但在模式 1 中， SM2=1 時，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會對 RI 置位。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個位的， 1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1 位停止位為 1。AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個定時器，定時器 0 和定時器 1，而定時器 2 是 89C52 系列芯片才有的。 LM386 內(nèi)部電路 圖 LM386 內(nèi)部電路原理圖 LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖所示。 第一級為 差分放大電路 ， T1 和 T T2 和 T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管； T5 和 T6 組成 鏡像電流源 作為 T1 和 T2 的有源負(fù)載； T3和 T4信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 第三級中的 T8和 T9管復(fù)合成 PNP型管，與 NPN型管 T10 構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級。 引腳 2 為反相輸入端，引腳 3為同相輸入端。輸出端（引腳 5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 LM386 特性 靜態(tài)功耗低，約為 4mA，可用于電池供電。 外圍元件少。 低失真度。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 LM386 的引腳 LM386 的引腳圖 LM386 的外形和引腳的排列如圖 所示。 LM386 的電源電壓 412V 或 518V（ LM386N4） ；靜態(tài)消耗電流為 4mA；電壓增益為 20200dB；在 8腳開路時，帶寬為 300KHz；輸入阻抗為 50K；音頻功率 。比 CRT 要好的多，但是價錢較其貴。若以 8 位數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，則 D0~D7 皆有效，若以 4位方式進(jìn)行讀寫，則只用到 D0~D4。 R/W 為 LCD讀寫控制線， R/W 為 0， LCD 執(zhí)行寫作， R/W 為 1 時，則做讀操作。 LCD 可以實(shí)時顯示目前演奏的單音碼， 可以實(shí)時顯示所存儲的單音計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)使用一般的 LCD 顯示器來顯示音樂演奏的消息及單音碼。目前微機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤按其功能不同，通常可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種基本類型。不僅能自動檢測被按下的鍵，并完成 去抖動、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵對應(yīng)的鍵碼（如 ASCII 碼）送往 CPU。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價格較貴。有關(guān)按鍵的識別、鍵碼的確定與輸入、去抖動等功能均由軟件完成。 鍵盤接口必須具有去抖動、防串鍵、按鍵識別和鍵碼產(chǎn)生 4 個基本功能。抖動的持續(xù)時間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為 5~20mm。去抖問題可通過軟件延時或硬件電路解決。常用的方法有雙鍵鎖定和 N 鍵輪回兩種方法。 N 鍵輪回，是當(dāng)檢測到多個鍵被按下時，能根據(jù)發(fā)現(xiàn)他們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼。常用的方 法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過行列顛倒兩次掃描來識別閉合鍵，為此需要提供兩個可編程的雙向輸入 /輸出端口。 用 AT89C51的并行口 P1接 4 4矩陣鍵盤，以 ，以 作輸出線；在數(shù)碼管上顯示 每個按鍵的“ 0F”序號。在單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。電路中兩個電容 C1， C2，作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。 單片機(jī)在工作時，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn) 生的周期或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期，稱為時鐘周期。如時鐘頻率為 12MHz，即 fosc12MHz，則時鐘周期為 1/12μ s。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對震蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。電容取 30PF 左右。大家在購買和選用時要注意了。 復(fù)位電路 在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片 為 ROM 的 0000H 處開始運(yùn)行程序。當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作，在RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位。 輸入輸出（ I/O）引腳 P39P32 為 輸入輸出腳，稱為 P0 口，是一個 8 位漏極開路型雙向I/O 口。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。 P1P8 為 輸入輸出腳，稱為 P1 口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口。通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。 P21P28 為 輸入輸出腳，稱為 P2 口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8 位地址和控制信息。而在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用，如下表： 表 P3口功能 P3引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ 1NT0） 外部中斷 1（ 1NT1） 定時器 0輸入 (T0) 定時器 1輸入（ T1） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD P1P3 端口在做輸入使用時，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。 硬件框圖 單片機(jī)電子琴電路由 AT89C51 芯片、復(fù)位電路、時鐘電路、鍵盤電路和發(fā)音電路 5 個部分組成，各部分有自己獨(dú)立的功能，電路總框圖如下圖所示： 圖 電子琴八功能設(shè)計(jì)電路圖 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 電子琴音樂播放功能電路圖 以 AT89C5