【正文】 要求，我選擇用 STC 系列芯片完成。 總體設(shè)計框圖按照系統(tǒng)功能的具體要求，在保證實現(xiàn)其功能的然礎(chǔ)上，盡可能降低系統(tǒng)成本。語音芯片模塊I S D 4 0 0 4L E D 燈顯示模塊P 0 . 0 — P 0 . 7P 2 . 3 — P 2 . 7S T C 8 9 C 5 2主 控 模 塊P 3 . 0 — P 3 . 7P 1 . 0 — P 1 . 7數(shù)碼管顯示模塊4 * 4 矩陣鍵盤模塊圖 21　系統(tǒng)初步方案 從圖中可以看出，系統(tǒng)有微處理器模塊、數(shù)碼管顯示模塊、4*4 矩陣鍵盤模塊和 LED 燈顯示模塊組成。該設(shè)計以 STC89C51 系列單片機(jī)為控制核心，實現(xiàn)電子琴的彈奏和錄音放音基本功能。7 / 52第 3 章　系統(tǒng)硬件設(shè)計　概述此次的畢業(yè)設(shè)計主要由 4 個大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、語音芯片模塊、LED 燈及數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤控制模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設(shè)計的核心模塊，主要是指 STC89C52 芯片，它控制整個系統(tǒng)的運行，利用其各個口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個整體，實現(xiàn)功能的需要；語音模塊主要指ISD4004 芯片和 LM386 芯片，用 ISD4004 來實現(xiàn)錄音功能，LM386 是實現(xiàn)功率放大；而 LED 燈及數(shù)碼顯示模塊是整個系統(tǒng)的輔助模塊，用來顯示音節(jié)以及表示錄音開始及結(jié)束；按鍵控制模塊則是用按鍵來控制實現(xiàn)的是哪個功能，對應(yīng)錄音、放音、暫停。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 STC89C52 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，如圖 31 所示。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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 / 52圖 31　STC89C52 芯片管腳說明：VCC：供電電壓。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 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 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。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 STC89C52 的一些特殊功能口，如下表所示：管腳備選功能:表 31　P3 口的第二功能 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（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。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：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在這一過程中，對數(shù)碼管編碼是直接賦值，對聲音信號則是通過循環(huán)程序進(jìn)行控制，如圖 32 所示。其次，快速閃存作為存儲介質(zhì)，無需電源可保存數(shù)據(jù)長達(dá) 100 年，重復(fù)記錄 10000 次以上。最后，ISD4004 開發(fā)應(yīng)用具有所需外圍電路簡單的優(yōu)點，這一點從本文介紹的其在實際應(yīng)用中可以體會到。11 / 52圖 33　ISD4004 芯片引腳介紹：電源（VCCA, VCCD）：為使噪聲最小，芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并 A 分別引到外封裝的不同管腳上模擬和數(shù)字電源端最好分別走線盡可能在靠近供電端處相連，而去藕電容應(yīng)盡量靠近器件。同相模擬輸入（ANA IN+）：這是錄音信號的同相輸入端。單端輸入時，信號由藕合電容輸入，最大幅度為峰峰值 32mV,藕合電容和本端的 3KΩ 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。反相模擬輸入（ANA IN）：差分驅(qū)動時，這是錄音信號的反相輸入端。片選（/SS）：此端為低，即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之問為高電平。串行輸出（MISO）：ISD 的串行輸出端。串行時鐘（SCLK ）：ISD 的時鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步 MOSI和 MISO 的數(shù)據(jù)傳輸。中斷（/INT）：本端為漏極開路輸出。中斷狀態(tài)在下一個 SPI 周期開始時清除。OVF 標(biāo)志一指示 ISD 的錄、放操作已到達(dá)存儲器的未尾。行地址時鐘（RAC ）： 漏極開路輸出。該信號 175ms 保持高電平，低電平為 25ms。s 是高電平， 為低電平。外部時鐘（XCLK）：本端內(nèi)部有下拉元件。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+%內(nèi)。若要求更高精度，可從本端輸入外部時鐘（如前表所列） 。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻。自動靜噪（AMCAP）：當(dāng)錄音信號電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一闌值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號（靜音）時的噪聲。檢出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的闌值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉(zhuǎn)點。1mF 的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應(yīng)速度?！M386 芯片簡介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，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。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，412 V or 518 V； （3）外圍元件少； （4）電壓增益可調(diào)，20200； （5）低失真度13 / 52圖 34　LM386 芯片引腳說明：1 和 8 為增益引腳，2 為負(fù)端輸入，3 為正端輸入，VSS 為接地，5 為輸出，Vdd 為電源，7 為旁路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益第二級為共射放大電路，T7 為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。二極管 D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 接 ISD4004 的串行輸入引腳 MOSI，從該引腳讀入放音的地址。此外由于 ISD4004 的工作電壓14 / 52為 3 伏，而單片機(jī)所需供電電壓為 5 伏，因此需要采用變壓電路得到 3 伏電壓供ISD4004 使用。語音芯片模塊電路原理圖如圖 35 所示圖 35　語音芯片模塊電路原理圖　LED 燈及數(shù)碼管顯示模塊　LED 及數(shù)碼管簡介本次畢業(yè)設(shè)計的顯示電路采用 LED 及數(shù)碼管顯示，如圖 36 所示。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(jié)構(gòu)如圖（下圖 a 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15 / 52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。電路原理圖如圖 37 和圖 38 所示。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。首先讓 P3 口高四位為 1，低四位為 0，若有按鍵按下，則高四位中會有一個 1 翻轉(zhuǎn)為 0，低四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的行位置，然后讓 P3 口高四位為0，低四位為 1,若有按鍵按下，則低四位中會有一個 1 翻轉(zhuǎn)為 0，高四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的列位置。圖 39　按鍵功能模塊電路原理圖17 / 52第 4 章　系統(tǒng)軟件設(shè)計在對我們所要設(shè)計的課題有了整體的了解之后，需要先建立程序框架的流程圖，對整個設(shè)計劃分模塊，逐個模塊實現(xiàn)其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，構(gòu)成總的程序。系統(tǒng)的主流程圖如圖 41 所示：系統(tǒng)初始化將 I S D 4 0 0 4 芯片指令傳送給 S T C 8 9 C 5 2設(shè)置按鍵功能按下按鍵鍵盤掃描單音節(jié)發(fā)音 開始錄音播放錄入的音樂暫停鍵盤掃描播放剛才的錄音音節(jié)鍵錄音鍵音樂鍵放音鍵音節(jié)鍵音樂鍵開 始 NY按下按鍵無操作NY結(jié)束圖 41　主程序流程圖18 / 52　錄音模塊設(shè)計首先是對 SS、MOSI、SCLK、MISO 設(shè)定為低電平有效，且串行時鐘指令 SCLK 為下降沿觸發(fā)。往芯片內(nèi)燒錄音節(jié)和音樂的流程圖如圖 42 所示：系統(tǒng)初始化將 I S D 4 0 0 4 芯片指令傳送給 S T C 8 9 C 5 2設(shè)置按鍵功能按下錄音鍵開始錄音開 始 錄入一個音節(jié)錄入一段音樂暫停判斷錄音次數(shù)結(jié)束Y小于 8 次大于 8 次N圖 42　錄音模塊程序流程圖　放音模塊設(shè)計以上已對 SS、MOSI、MISO、SCLK 進(jìn)行了設(shè)定，故我們需要將上電指令發(fā)送給主控芯片，當(dāng)主控芯片存儲了本條指令，而系統(tǒng)再次調(diào)用它的時候，即可實現(xiàn)對ISD4004 語音芯片通電。執(zhí)行過程如圖 43 所示。當(dāng)檢測到有鍵按下后，需要去除鍵抖動，延時一段時間再做下一步的檢測判斷，識別出是哪一個鍵閉合。系統(tǒng)初始化開 始 Y使用行列反轉(zhuǎn)法進(jìn)行掃描確定行值 確定列值確定按鍵鍵值按下按鍵無操作N圖 44　鍵盤掃描流程圖20 / 52第 5 章　系統(tǒng)分析與調(diào)試本設(shè)計是在 Keil C 環(huán)境下開發(fā)的，Keil C 軟件支持 C 語言的編程及調(diào)試，運用方便，是做 C 語言畢業(yè)設(shè)計者的首選。在編譯完 Keil C 后，再運用 STC_ISP_V480 軟件燒錄到開發(fā)板上，實現(xiàn)實物與程序的連接。第一步：設(shè)置 MCU Type 為 STC89C52RC；第二步：打開編寫好并編譯的程序文件，它是以.hex 為后綴的文件；第三步：選擇對應(yīng)的 COM 端口， （可在我的電腦的設(shè)備管理處查看 COM 選項） ；第四步：點擊 Download/下載，等提示請給 MCU 上電時，打開開發(fā)板上的開關(guān)，它就自行燒錄了。按下按鍵，判斷是否為抖動，若不為抖動，則執(zhí)行按鍵按下的功能，再判斷是為何種按鍵，是音節(jié)鍵、錄音鍵、播放鍵還是暫停當(dāng)判斷完成后，對其程序進(jìn)行執(zhí)行。22 / 52第 6 章　結(jié)論與展望本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心部件的控制系統(tǒng)，利用軟件編程，最終基本上實現(xiàn)了各項要求。經(jīng)過近兩個月的奮斗，從確定題目，到后來查找資料，理論學(xué)習(xí)，實驗編程調(diào)試，這一切都使我的理論知識和動手能力有了很大的提高。同時，對一些外圍設(shè)備比如 ISD4004 芯片、LM386 放大器、鍵盤等有了一定的了解！學(xué)會了對一項工程如何設(shè)計：首先，要分析需要設(shè)計的系統(tǒng)要實現(xiàn)什么功能，需要什么器件；然后，針對設(shè)計購買相應(yīng)的硬件，選用硬件時不僅要選用經(jīng)濟(jì)的，更重要的是如何能更精確更方便的完成系統(tǒng)的要求；再次，對各個硬件的軟件實現(xiàn)要弄清楚，如何更好的實現(xiàn)各個硬件的協(xié)調(diào)，更好的通過主控制器件實現(xiàn)硬件的功能。 但因為我們的水平有限，此設(shè)計中也存在一定的瑕疵。這也是設(shè)計中用到揚聲設(shè)備的同學(xué)所遇到的普遍問題，有待于我們?nèi)ジ纳?。電子琴是現(xiàn)在最為常見的電子樂器之一，也是很容易演奏的一種樂器，電子琴已經(jīng)融入到人們的生活當(dāng)中。所以，在以后的發(fā)展中電子琴會更加智能化，人性化，也會融入到其他當(dāng)中。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(dǎo)老師—— 尚燕老師。從開始選題到中期修正，再到最終定稿，尚老師給我提供了許多寶貴建議。老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。其次，要感謝所有曾經(jīng)教我們電子信息的任課老師，老師們教會我的不僅僅是專業(yè)知識，更多的是對待學(xué)習(xí)、對待生活的態(tài)度。感謝你們，大學(xué)四年給我了那么多的幫助與鼓勵，在我不開心的時候，總能讓我開心起來。最后對老師，同學(xué)再次致以我最衷心的感謝！教導(dǎo)過我的老師，你們的人格魅力永記我心間。寢室的好友，你們的天賦猶如上天恩賜，有了你們我的生活更加精彩