毕业论文-基于at89s52单片机的电子琴设计与实现

毕业论文-基于at89s52单片机的电子琴设计与实现内容摘要：

图 音频处理模块电路原理图 电源模块电路原理图 由于本次设计的芯片的工作电压都为 5V，为了排除因为电压不稳定或者不准确影响电路的工作和软件的调试，本次设计单独用 LM7805 设计了一个输出 5V 的电压的电路，如图311 所示 ,其中 J0 为一变压器插排接口，输出电压在 ，为交流电压，经过整流桥进行整流，电容滤波，再经过 LM7805 稳压后，得到本次设计所需的 5V 直流电源。 XXX 大学 毕业设计 13 图 电源模块电路 原理图 3 系统软件设计 本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的简单音乐发生器，它由 16 个音节组成的的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。 音乐相关知识 乐音听起来有的高，有的低，这就叫音高，音高是由发音物体振动频率的高低决定的，频率高声音就高，频率低，声音就低，不同音调的乐音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B 表示的，这 7 个字母就是乐音的音名，它们一般依次唱成 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI，这是唱曲时乐音的发音，所以叫唱名。 音 持续时间的长短即时值，一般用拍数表示，休止符表示暂停发音。 一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐 [6]。 如何用单片机实现音乐的节拍 除了音符以外，节拍也是音乐的关键组成部分。 节拍实际上就是音持续时间的长短，在单片机系统中可以用延时来实现，如果 1/4 拍的延时是 秒，则 1 拍的延时是 秒，只要知道 1/4 拍的延时时间，其余的节拍延时时间就是它的陪数。 如果单片机要自己播放音乐，那么必须在程序设计中考虑到节拍的设 置，由XXX 大学 毕业设计 14 于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍由用户掌握，不由程序控制。 对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时 /计数器来完成 [7]。 音乐的音拍，一个节拍为单位（ C 调） 具体如下表： 表 音乐节拍表 曲调值 DELAY 曲调值 DELAY 调 4/4 125ms 调 4/4 62ms 调 3/4 187ms 调 3/4 94ms 调 2/4 250ms 调 2/4 125ms 如何用单片机产生音频脉冲 了解音乐的一些基本知识后可知，产生不同频率的 音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时 /计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。 在本实验中，单片机工作于 12MHZ 时钟频率，使用其定时 /计数器 T0，工作模式为 1，改变计数值 TH0 和 TL0 可以产生不同频率的脉冲信号，在此情况下， C 调的各音符频率与计数值 T 的对照如下表： 表 音符频率与计数值 T 的对照表 音符 频率（ HZ） 计数值（ T 值） 音符 频率（ HZ） 计数值（ 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 XXX 大学 毕业设计 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 的值决定了 TH0 和 TL0 的值，其关系为： TH0=T/256， TL0=T%256[8] 系统总体功能流程图 图 主程序框图 N 定时器初始化数码管显示 0 主程序 开始 循环检测按键 Y 数码管显示 扬声器出声 XXX 大学 毕业设计 16 K1 键按下 K2 键按下 K3 键按下 K4 键按下 K5 键按下 K6 键按下 K7 键按下 数码管显示 3.，并播放 mi 的低音 数码管显示 4.，并播放 fa 的低音 数码管显示 5.，并播放 so 的低音 K8 键按下 数码管显示 6.，并播放 la 的低音 数码管显示 7.，并播放 si 的低音 数码管显示 1，并播放 do 的中音 数码管显示 2，并播放 re 的中音 数码管显示 3，并播放 mi 的高阶中音 XXX 大学 毕业设计 17 图 按键子程序流程图 K9 键按下 K10 键按下 K11 键按下 K12 键按下 K13 键按下 K14 键按下 K15 键按下 数码管显示 4并播放fa 的中音 数码管显示 5并播放so 的中音 数码管显示 6，并播放 la 的中音 K16 键按下 数码管显示 7，并播放 si 的中音 数码管显示 A，并播放 do 的高音 数码管显示 B，并播放 re 的高音 数码管显示 C，并播放 mi 的高音 数码管显示 D，并播放 fa 的高阶高音 XXX 大学 毕业设计 18 4 电路仿真 ISIS 软件介绍 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。 它运行于 Windows操作系统上，可以仿真、分析 (SPICE)各种模拟器件和集成电路。 该软件的特点是： (1)实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS232 动态仿真、 I2C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 (2)支持主流单片机系统的仿真。 目前支持的单片机 类型有： 68000 系列、 8051 系列、AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。 (3)提供软件调试功能。 在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。 (4)具有强大的原理图绘制功能。 总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和一些基本操作 [9]。 仿真图介绍 单片机： P0 口对应数码管编码输出端； P10 口做音乐信号输出端； P2 口做键盘扫描部分输入输出端。 键盘扫描：将 16 位开关通过矩阵连接，接出来四端接输入口（ ~）用于键盘情况的输入，另外四端接输出口（ ~）用于给键盘扫描信号。 数码管显示：在使用时一要接上拉电阻（这是有单片机 P0 口的物理特性决定的），二是要加限流电阻以使流进单片机的小于单片机所能承受的电流。 音乐处理： LM386 将单片机 口送过来的信号进行 20 倍的功率放大并送扬声器进行音乐的播出。 XXX 大学 毕业设计 19 仿真图 图 仿真图 XXX 大学 毕业设计 20 5 PCB印制板制作 印制板制作的要求 （ 1）电源线、地线应各设置一条总线； （ 2）线宽尽可能的宽； （ 3）应减少软线跳线的使用； （ 4）元器件排版要均匀，按模块排版，防止各模块信号干扰； （ 5）铜箔线不可以产生锐角。 印制电路板图 图 主控电路 PCB 板图 XXX 大学 毕业设计 21 图 输入按键 PCB 板图 XXX 大学 毕业设计 22 6 系统调试 电路调试是整个系统 功能否实现的关键步骤，我们将整个调试过程分为三大部分：硬件调试、软件调试和综合调试。 软件仿真调试 软件仿真调试主要是针对单片机部分进行调试。 在软件运行前，先确保电路中连线正确，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。 在这部分调试中主要通过目测，用来完成检测电路中是否存在断路或者短路情况等。 在确保软件仿真电路正常，无异常情况 (断路或短路 )方可进行软件运行，在本次设计中，软件运行主要是测试单片机键盘控制部分、数码管点亮部分、和音频功放电路调试。 A、数码管 LED 电路调试：软件运行 ，随机按下按钮可以看到数码管显示数字； B、单片机键盘控制部分调试：软件运行，随机按动键盘可以发现各个按键对应的音正确。 软件调试 调试主要方法和技巧： 通常一个调试程序应该具备至少四种性能：跟踪、断点、查看变量、更改数值。 整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试 [10]。 7 调试结论 通过各方面努力，本次毕业设计任务完成，系统部分功能已实现。 可以随意演 奏一首喜欢的曲子，并可以显示在数码管上。 基本达到预定的效果。 毕业设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次系统的项目设计提高了我运用所学的专业基础知识来解决面临实际问题的能力，同时也提高了我查阅各种文献资料、设计手册、设计规范以及软件编程排版的水平。 XXX 大学 毕业设计 23 附录 1： 元器件清单 名称 参数 数量 备注 排阻 8*470 2 RP1,RP2 插排 SIP2 3 J0,J1,J3 SIP8 2 J4,J5 键盘 直键开关 16 K1K16 电容 CC13V30pf 2 C21,C22 1 C33 3 C12,C13,C31 1 C32 CD1125V470u 3 C11,C14,C23 电阻 1 R32 2 R11,R21 1 R31 晶振 1 Y21 扬声器 驻极体电容式 1 数码管 DIP10 1 DPY XXX 大学 毕业设计 24 附录 2： 主 要电路原理图 XXX 大学 毕业设计 25 附录 3： 主要程序 ORG 0000H。 初始位置 00H JMP STARET。 跳到主程序 ORG 000BH。 定时器 0 中断起始单元 JMP TIME0。 跳到中断程序 STARET: MOV TMOD,00000001B。 设定工作方式为 1。