電子琴論文.doc

簡易電子琴 所在院系：電控學(xué)院 作 者 ：曾偉 劉晨光 吳鈺馳 2013-7-19簡易電子琴的設(shè)計(jì)與制作摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會(huì)向惡。我們都會(huì)抽空欣賞世界名曲，作為對(duì)精神的洗禮。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡易電子琴。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89C52單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。關(guān)鍵詞：電子琴；單片機(jī)；激光1 引 言電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。 本文主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。本系統(tǒng)是簡易電子琴的設(shè)計(jì)，按下鍵盤矩陣中的按鍵會(huì)使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放器對(duì)應(yīng)的音符。通過設(shè)計(jì)本系統(tǒng)可了解單片機(jī)的基本功能。對(duì)單片機(jī)的了解有一個(gè)小的飛躍。2.方案設(shè)計(jì)與論證2.1總體方案描述 整個(gè)系統(tǒng)主要由51單片機(jī)，激光傳感器，及揚(yáng)聲器組成。由激光傳感器實(shí)現(xiàn)按鍵的功能。51單片機(jī)通過識(shí)別不同的按鍵，來實(shí)現(xiàn)讓揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)不同的音調(diào)。2.2微處理器51單片機(jī)功能強(qiáng)大，性能日趨完善，在工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家電領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，因此基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易的電子琴可行性非常大。2.3按鍵模塊方案一：可以使用紅外發(fā)射與接收二極管 方案二：可以使用激光傳感器考慮到紅外線沒有激光集中，怕按某個(gè)鍵時(shí)，會(huì)影響到周圍其他的鍵，所以選擇方案一。2.4聲音模塊揚(yáng)聲器發(fā)音效果比較好，幾乎沒有雜音，而且受外界干擾小。所以用揚(yáng)聲器。一首美妙的音樂是許多不同的音節(jié)組成的，而每個(gè)音節(jié)對(duì)應(yīng)不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，來構(gòu)成我們想要的音樂了。當(dāng)然，對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率就比較方便。我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣的方波信號(hào)。3.系統(tǒng)硬件，軟件的實(shí)現(xiàn)。3.1 硬件的實(shí)現(xiàn)3.1.1微處理器AT89C2051只有20個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是完整的8位雙向I/O口，兩個(gè)外中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器3.1.1.1模式控制寄存器TMOD：TMOD用于控制T0和T1的工作方式和4種工作模式。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下：GATE C/T非 M1 M0GATEC/T非 M1 M0GATE位：門控位。當(dāng)GATE=1時(shí)，只有INTO非或INT1非引腳為高電平且TR0或TR1置1時(shí)，相應(yīng)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器才被選通工作；當(dāng)GATE=0，則只要TR0和TR1置1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器就被選通，而不管INT0非或INT1非的電平是高還是低C/T非位：計(jì)數(shù)/定時(shí)功能選擇位。C/T非=0，設(shè)置為定時(shí)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，其周期等于機(jī)器周期。C/T非=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入來自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖。M1、M0位：工作模式選擇位。2位可形成4中編碼，對(duì)應(yīng)4種工作模式，見下表：M1 M0功 能 描 述00 方式0：13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 01方式1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10方式2：具有自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 11方式3：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0分為兩個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1在此方式無實(shí)用意義3.1.1.2 控制寄存器TCON：TCON用來控制T0和T1的啟、停，并給出相應(yīng)的控制狀態(tài)，高4位用于控制定時(shí)器0、1的運(yùn)行；低4位用于控制外部中斷。格式如下：TF1 TR1 TF0 TR0 IE1IT1IE0 IT0TF1：定時(shí)器1溢出標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器1溢出時(shí)，由硬件置1。使用查詢方式時(shí)，此位做狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零；使用中斷方式時(shí)，此位做中斷申請(qǐng)標(biāo)志，進(jìn)入中斷服務(wù)后被硬件自動(dòng)清零。TR1位：定時(shí)器1運(yùn)行控制位。該位靠軟件置位或清零，置位時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器接通工作，清零時(shí)，停止工作。TF0位：定時(shí)器溢出標(biāo)志位，其功能和操作情況類同于TF1。TR0位：定時(shí)器0運(yùn)行控制位，其功能和操作類同于TR1。IE位：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)CPU采樣到INT0非（或INT1非）端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)，IE0（或IE1）由硬件置1，中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時(shí)，再由硬件自動(dòng)清零。IT位：外部中斷請(qǐng)求出發(fā)方式位。IT0（IT1）=1為脈沖觸發(fā)方式，后負(fù)跳有效。IT0（IT1）=0為電平觸發(fā)方式，低電平有效。3.1.1.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化AT89C2051單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是可編程的，因此，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)之前也要用程序進(jìn)行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟：（1） 對(duì)TMOD寄存器賦值，以確定定時(shí)器的工作模式；（2） 置定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1；（3） 根據(jù)需要，對(duì)寄存器IE置初值，開放定時(shí)器中斷；（4） 對(duì)TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，置位以后，計(jì)數(shù)器即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行計(jì)數(shù)或開始定時(shí).3.1.2 激光傳感器 激光傳感器分為激光發(fā)射管和激光發(fā)射接收管兩部分。如圖所示當(dāng)激光接收管在沒有接收到發(fā)射管發(fā)射出來的激光時(shí)，輸出端輸出的是高電平，若接收到，則為低電平。我們可以通過這個(gè)特性，來判斷是哪個(gè)鍵按下去了。如果直接用IO口來驅(qū)動(dòng)激光，會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)關(guān)比較暗，那是由于電流不夠，所以我們用了反向器。這樣可以實(shí)際光亮一點(diǎn)。它的內(nèi)部電路如圖所示：3.1.3 揚(yáng)聲器及其原理想要讓揚(yáng)聲器發(fā)出不同的音調(diào)，就得給它不同的頻率。通過查資料，可以得知：音階1234567!頻率440493.88554.37587.33659.26739099830.61計(jì)數(shù)初值6458064684647776482064898649686503065085音頻放大電路3.2軟件的實(shí)現(xiàn) 主流程圖開始系統(tǒng)初始化判斷是否有哪個(gè)鍵按下？發(fā)出對(duì)應(yīng)的音調(diào)電源AT89C52MCU通過激光傳感器選擇音符時(shí)鐘電路復(fù)位電路放大驅(qū)動(dòng)電路 1 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M清華大學(xué)出版社，20012 趙亮,侯國銳.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例M.北京:人民郵電出版社,2003. 3 陳明熒8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材M北京：清華大學(xué)出版社，2003年9月4 徐新艷單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐M北京：高等教育出版社，2005年3月5 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M第一版北京：清華大學(xué)出版社，2002年 利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956s/1s956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式(如式2-1所示)是： Nfi2fr 2-1式中，N是計(jì)數(shù)值；fi是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHz時(shí)，其頻率為1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。