应用电子技术毕业论文-基于at89s52单片机的电子琴设计

应用电子技术毕业论文-基于at89s52单片机的电子琴设计内容摘要：

一：用可控硅制作电子琴。 将 220V 交流电经变压器降压 ,再经过 整流 、 滤波 ,获得 + 直流电压。 将 单向可控硅 SCR 和 电阻、电容 组成驰张振荡器电路。 但该设计方案制作成本高且复杂。 方案二： 采用 AT89C51 单片机进行控制 ,由于 AT89C51 不具备 ISP 功能，因此 Atmel 公司已经停产在市面上已经不常见，况且其 ROM 只有 4K 在系统将来升级方面没有潜力。 方案三：采用 AT89S52 单片机进行控制，由于其性价比 高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到 8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。 鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三 按键方案 的优化 传统电子琴可以用键盘上的“ 1”到“ A”键演奏从低 SO 到高 DO 等 11 音。 该设计 有 20 个按钮矩阵，设计成 16 个音 ，可以实现音阶在低音 4高音 5 之间。 比传统音阶范围大，弹奏效果好。 3. 电路设计 系统功能设计 该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，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。 该设计具有 11 个音节的键盘，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。 由于我们所设计要实现的音乐发生器是临时通过键盘输入弹奏乐曲的，所以节拍都是当时掌握，不由程序控制。 用单片机产生的音频脉冲直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐，因为它没有足够的驱动能力，这就需要音频 4 功率放大电路。 所以我们使用低压音频功率放大器 LM386 来实现音频功放电路。 总体电路 图 21 总体电路框图 电路原理图 单片机 按键音符输入 直流稳压电源 音频放大输出 ISD 语音录放 5 图 22 电路总原理图 图 23 音频功放模块 图 24 直流稳压电源模块 6 图 2— 5 键盘输入模块 音频产生电路 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。 音频产生原理 图 32 音频产生流程图 7 AT89S52 芯片介绍 功能特性： AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。 片 上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结 ， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52。 主要性能： 与 MCS51 单片机产品兼容、 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 、 1000次擦写周期 、 全静态操作： 0Hz～ 33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器 /计数器八个中断源、全双工 UART 串行通道、低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒、看 门狗定时器、双数据指针、掉电标识 符。 管脚备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） 8 图 31 AT89S52 引脚图 AT89S52 主要功能特性 兼容 MCS51指令系统 32 个双向 I/O 口 2 个 16 位可编程定时 /计数器 全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（ WDT）电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写 ISP Flash ROM 工作电压 时钟频率 033MHz 128x8bit 内部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 9 引脚功能 VCC（ 40）：＋ 5V； VSS（ 20）：接地； P0 口（ 39－ 32）： P0 口为 8 位漏极开路双向 I/O 口，每引脚可吸收 8 个 TTL 门电流； P1 口（ 1－ 8）： P1口是从内部提供上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收和输出 4个 TTL 门电流； P2 口（ 21－ 28）： P2 口为内部上拉电阻器的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收和输出 4个 TTL 门电流； P3 口（ 10－ 17）： P3 口是 8 个带内部上拉电阻器的双向 I/O 口，可接收和输出 4 个 TTL门电流， P3 口也可作为 AT89C51 的特殊功能口； RST（ 9）：复位输入。 当振荡器复位时，要保持 RST 引脚 2个机器周期的高电平时间； ALE/PROG（ 30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过 1个 ALE 脉冲； PSEN（ 29）：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期 2 次 PSEN 有效，但在访问外部数据存储器时，这 2次有效的 PSEN 信号将不出现； EA/VPP（ 31）：当 EA 保持低电平时，外部程序存储器地址为（ 0000H－ FFFFH）不管是否有内部程序存储器。 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）； XTAL1（ 19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入； XTAL2（ 18）：来自反向振荡器的输出。 音阶的产生 一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶 对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时 /计数器 T0 来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。 若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（ 1/频率），再将此周期除以 2，即为半周期的时间。 利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将 反相，然后重复计时 10 再反相。 就可在 引脚上得到此频率的脉冲。 利用 AT89S52 的内部定时器使其工作计数器模式（ MODE1）下，改变计数值 TH0 及 TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为 523Hz，其周期 T＝ 1/523＝ 1912μ s，因此只要令计数器计时 956μ s/1μ s＝ 956，每计数 956 次时将 I/O 反相，就可得到中音 DO（ 523Hz）。 计数脉冲值与频率的关系式 (如式 31所示 )是： N=fi247。 2247。 fr (31) 式中， N 是计数值； fi 是机器频率（晶体振荡器为 12MHz 时，其频率为 1MHz）； fr 是想要产生的频率。 例如：设 K＝ 65536， fi＝ 1MHz，求低音 DO（ 261Hz）、中音 DO（ 523Hz）、高音 DO（ 1046Hz）的计数值。 T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr＝ 65536－ 1000000247。 2247。 fr ＝ 65536－ 500000/fr 低音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/262＝ 63627 中音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/523＝ 64580 高音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/1046＝ 65059 其计数初值 T 的求法如下： T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr 单片机 12MHZ 晶振，高中低音符与计数 T0相关的计数值如表 31所示 表 31 音符频率表 音符 频率（ HZ） 简谱码（ T 值） 音符 频率（ HZ） 简谱码（ T 值） 低 1 DO 262 63628 4 FA 740 64860 1 DO 277 63731 中 5 SO 784 64898 低 2 RE 294 63835 5 SO 831 64934 2 RE 311 63928 中 6 LA 880 64968 低 3 M 330 64021 6 932 64994 11 低 4 FA 349 64103 中 7 SI 988 65030 4 FA 370 64185 高 1 DO 1046 65058 低 5 SO 392 64260 1 DO 1109 65085 5 SO 415 64331 高 2 RE 1175 65110 低 6 LA 440 64400 2 RE 1245 65134。