【正文】 ectronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It modern music played an important role in single chip is a powerful control functions and flexible programming characteristics, It has converged with modern people39。電子琴作為其中的一個典型代表， 是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。 因此，我 們選擇了簡易電子琴這個題目來制作，因為它不僅能夠提高我的實踐動手能力，還與實際生活有著緊密地聯(lián)系。其主要目的是通過本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，進一步理解數(shù)字系統(tǒng)的概念，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術，裝握查閱有關資料的技能。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。其次，在這次設計可行性上進行分析如下： 經(jīng)濟可行性： 所謂經(jīng)濟可行性，即在這次設計上需要投入資金的多少，由于課程設計是提高我們的動手能力以及資金有限。通過分析后，無論是在器件價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。 共 頁 第 頁 方案的比較和選擇 方案一：用可控硅制作電子琴。 將 單向可控硅 SCR 和 電阻、電容 組成馳張振蕩器電路。 方案二：采用 STC89C51 單片機進行控制，由于其性價比高，完全滿足了 本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲空間達到 8K，使軟件設計有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級，使用方便，抗干擾性能提高。 第二章 硬件設計及說明 系統(tǒng)組成及總體框圖 硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。 該設計具有 8 個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅動能力，這就需要功率放大電路。 圖 21 系統(tǒng)結構圖 按鍵 單片機STC89C51 揚聲器 LED 顯示電路 音頻功放電路 共 頁 第 頁 元件簡介 STC89C51 STC89C52 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 存儲器。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結構，全雙工串行口?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運作頻率35Mhz， 6T/12T 可選。 E A /V P31X119X218R E S E T9P 37 / R D17P 36 W R16P 32 / IN T 012P 33 / IN T 113P 34 / T 014P 35 / T 115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30P 31 / T X D11P 30 / R X D10GND20V C C40U1S T C 8 9 C 5 2 圖 22 STC89C51 引腳圖 DIP 封裝 單片機是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內(nèi)核的單片機。 （一） STC89C52 主要功能、性能參數(shù)如下： （ 1）內(nèi)置標準 51 內(nèi)核，機器周期：增強型為 6 時鐘，普通型為 12 時鐘 。 （ 3） STC89C52RC 對應 Flash 空間： 4KB。 （ 5）定時器 \計數(shù)器： 3 個 16 位； 共 頁 第 頁 （ 6）通用異步通信口（ UART） 1 個； （ 7）中斷源 :8 個； （ 8）有 ISP(在系統(tǒng)可編程） \IAP(在應用可編程 ),無需專用編程器 \仿真器； （ 9）通用 I\O 口： 32\36 個； （ 10）工作電壓： ~； （ 11）外形封裝： 40 腳 PDIP、 44 腳 PLCC 和 PQFP 等。 GND：接地。當 P1 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 FIASH 進行校驗時，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 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，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， 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。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。這是由硬件自動完成 的，不需要我們操心， 1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置 1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q^為 1加到場效應管柵極的信號為 1，該場效應管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1信號讀入后不一定是 1。89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準雙向口。 RST：復位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當 /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。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、 A/D 擴展等，使單片機完成較復雜的功能。用 STC89C52 單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結構如圖 23 所示，由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。內(nèi)部時鐘方式如圖 24 所示。圖中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為 30pF。 時鐘電路 復位電路 STC89C52 單片機 I/O口 共 頁 第 頁 Y1 H zC230pFC330pF1819 圖 24 STC89C52 內(nèi)部時鐘電路 (2) 復位電路 當在 STC89C52 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作 (若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài) )。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動復位電路見圖 25。 R110kC110uFS4V C C9 圖 25 STC89C52 復位電路 9013 9013 NPN 外延型晶體管 (三極管 ) 9013 是一種最常用的普通三極管。 LED 是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。 常用的七段顯示器的結構如圖下圖所示。 1 位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管 a~g 控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，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。 各功能模塊原理圖 STC89C51 模塊電路原理圖 單片機主程序模塊通過對鍵盤掃描程序信號的讀取，在通過對應的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號。 圖 28 STC89C51 模塊電路原理圖 共 頁 第 頁 鍵盤掃描模塊電路原理圖 對鍵盤掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉法，在此次程序編寫中，采 用行掃描法，通過在 p30~p33 上循環(huán)送出 0 掃描信號， p34~p37 輸入按鍵上的高低電平信息給單片機，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個按鍵按下，并送主程序以實現(xiàn)不同功能。 .a bcdefgdpCOMCOMV C C 圖 210 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 共 頁 第 頁 音頻處理模塊 電路原理圖 由于單片機驅動能力不夠，在處理音符信號時，需加功率放大裝置，所以本設計采用雙 9013 三極管驅動。 音樂相關知識 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，不同音商的樂音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B 表示的，這 7 個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時 /計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率共 頁 第 頁 信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關系。 系統(tǒng)總體功能流程圖 該程序設計思路比較清晰既從開始到聲明變量與函數(shù)再到讀取按鈕開關，判斷是否按下，然后就是一個一個按鈕的動作。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對單 片機部分進行調(diào)試。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 在確保硬件電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次設計中，上電調(diào)試主要鍵盤單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻轉換電路硬件調(diào)試。 鍵盤單片機控制部分調(diào)試：上電后，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應的音正確。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序實現(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。 首先在課程設計剛開始的調(diào)研階段，我學會了怎么通過各種方式查詢相關的資料。了解了單片機方面的先進技術，這些都為我的未來的學習指明了方向。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。通過開 發(fā)板的設計和硬件搭建的過程，使我對 52 系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，如 LED 數(shù)碼管，鍵盤等。 此外在學習單片機知識的時候對于這個領域有了更新更全面的認識。雖然它沒有常見的 PC那樣大的體積和重量，不會在辦公桌或控制臺上占據(jù)一個顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計算、控制、測量等智能活動的各個角落。作為 21 世紀的工科大學生，學好單片機，一方面可以加深對計算機原理和結構的認識，另一方面也為自身在專業(yè)上的深入發(fā)展構 筑了一個很好的平臺 其 重要性怎么強調(diào)都不為過 。我要在這里對他們表示深深的謝意！ 首先，要特別感謝我的指導老師 —— 呂雪 老師。從開始選題到中期修正，再到最終定稿， 呂 老師給我提供了許多寶貴建議。不僅使我樹立了遠大的 學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 第三，感謝我的父母親，謝謝你們對我的支持與鼓勵！ 再次，感謝我的室友及其他 同學 ，因為有你們的幫助，我的論文得以順利