基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)（完整）

1、前言11 方案論證21.1 控制模塊選擇方案21.2 按鍵選擇方案22 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)組成及總體框圖32.2 元件介紹32.2.1 at89s5232.2.2 lm38652.2.3 led數(shù)碼管82.3 顯示電路92.4 各功能模塊原理圖92.4.1 at89s52模塊電路原理圖92.4.2 鍵盤(pán)掃描模塊電路原理圖102.4.3 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖112.4.4 音頻處理模塊電路原理圖122.4.5 電源模塊電路原理圖123 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)133.1 音樂(lè)相關(guān)知識(shí)133.2 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的節(jié)拍133.3 如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖143.4 系統(tǒng)總體功能流程圖154 電

2、路仿真184.1 isis軟件介紹184.2 仿真圖介紹184.3仿真圖195 pcb印制板制作205.1 印制板制作的要求205.2 印制電路板圖206 系統(tǒng)調(diào)試226.1 軟件仿真調(diào)試226.2 軟件調(diào)試227 調(diào)試結(jié)論22附錄1：元器件清單23附錄2：主要電路原理圖24附錄3：主要程序25參考文獻(xiàn)：28基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)前言單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計(jì)算機(jī)，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與

3、音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)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stc89c52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(pán)、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(jiǎn)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(lái)獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)。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(lái)詳細(xì)闡述。 一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而

4、每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。1 方案論證1.1 控制模塊選擇方案方案一：用可控硅制作電子琴。將220v交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流、濾波，獲得+13.5v直流電壓。將單向可控硅scr和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。方案二： 采用at89c51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于at89c51不具備isp功能，因此atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見(jiàn)，況且其rom

5、只有4k在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒(méi)有潛力。方案三：采用at89s52單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)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(chǔ)空間達(dá)到8k，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三。1.2 按鍵選擇方案方案一 利用i/o口直接連接的獨(dú)立式鍵盤(pán),每鍵都有相應(yīng)的i/o口對(duì)應(yīng),編程容易控制，實(shí)現(xiàn)方便；但拒于io口有限，能接的按鍵不能太多，而本系統(tǒng)需用戶根據(jù)需要調(diào)整的參數(shù)較多，用獨(dú)立按鍵會(huì)使操作變得復(fù)雜。方案二 利用pa口接成4*4鍵盤(pán)。優(yōu)點(diǎn)：利用8個(gè)io口得到16個(gè)按鍵，可使操作介界變得簡(jiǎn)單，操作也方便；缺點(diǎn)：軟

6、件處理比獨(dú)立按鍵復(fù)雜。 通過(guò)比較，方案二為最佳方案。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)組成及總體框圖硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于12mhz時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值th0和tl0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。該設(shè)計(jì)具有11個(gè)音節(jié)的鍵盤(pán)，用戶可以根據(jù)樂(lè)譜在鍵盤(pán)上進(jìn)行演奏，音樂(lè)發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過(guò)揚(yáng)聲器將音樂(lè)播放出來(lái)。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻

7、脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)，因?yàn)樗鼪](méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。本例使用國(guó)家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器lm386來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。鍵盤(pán)掃描at89s52數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器播放音樂(lè)電源部分圖2.1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 元件介紹2.2.1 at89s52功能特性：at89s52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(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使

8、得at89s52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。 at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。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?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止1。主要性能：與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程fla

9、sh存儲(chǔ)器、1000次擦寫(xiě)周期、全靜態(tài)操作：0hz33hz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程i/o口線、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源、全雙工uart串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門(mén)狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符2。管腳說(shuō)明：vcc：供電電壓。 gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門(mén)電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)

10、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(mén)電流。p1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)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(gè)ttl門(mén)電流，當(dāng)p2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)

11、對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門(mén)電流。當(dāng)p3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：表2.2.1-1 管腳備選功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2/int0（外部中斷0）p3.3/int1（外部中斷1）p3.4t0（記時(shí)器0外部輸入）p3.5t1

12、（記時(shí)器1外部輸入）p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只

13、有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電

14、路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出3。2.2.2 lm386lm386是美國(guó)國(guó)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(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。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。輸入端以地為參考同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6v電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mw，使得lm386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中4。lm386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。

15、增益增益負(fù)端輸入正端輸入地旁路輸出lm386電源圖2.2.2-1 lm386的封裝形式特性(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，4-12v or 5-18v；(3)外圍元件少； (4)電壓增益可調(diào)，20-200； (5)低失真度。其典型電路如下圖：圖2.2.2-2 放大器增益=20(最少器件)圖2.2.2-3 放大器增益=50圖2.2.2-4 低頻提升放大器2.2.3 led數(shù)碼管本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用led數(shù)碼管顯示，led（light-emitting diode）是一種外加電壓從而流過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。led是屬于電流控制器

16、件，使用時(shí)必須加限流電阻。led有單個(gè)led和八段led之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器(如圖b所示)，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖c所示)。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管ag控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便5。此外，要畫(huà)出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)。 （a）外形 （b）共陽(yáng)極 (c)共陰極圖2.2.3-1

17、 數(shù)碼管引腳2.3 顯示電路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用led數(shù)碼管顯示，由于 led是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。通過(guò)單片機(jī)查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。2.4 各功能模塊原理圖2.4.1 at89s52模塊電路原理圖單片機(jī)主程序模塊通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)掃描程序信號(hào)的讀取，在通過(guò)對(duì)應(yīng)的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時(shí)器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號(hào)。在這一過(guò)程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過(guò)中斷程序進(jìn)行控制。圖2.4.1-1 at89s52模塊電路原理圖2.4.2 鍵盤(pán)掃描模塊電路原理圖對(duì)鍵盤(pán)掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程

18、序編寫(xiě)中，采用行掃描法，通過(guò)在p20p23上循環(huán)送出0掃描信號(hào)，p24p27輸入按鍵上的高低電平信息給單片機(jī)，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個(gè)開(kāi)關(guān)按下，并送主程序以實(shí)現(xiàn)不同功能。圖2.4.2-1 鍵盤(pán)掃描模塊電路原理圖2.4.3 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管，通過(guò)來(lái)自單片機(jī)i/o口的電平高低來(lái)點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過(guò)單片機(jī)送來(lái)的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對(duì)應(yīng)的音符。圖2.4.3-1 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖2.4.4 音頻處理模塊電路原理圖由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力不夠，在處理音符信號(hào)時(shí)，需加功率放大裝置，因lm38

19、6芯片具有低功耗、高增益的特點(diǎn)，這合適單片機(jī)低功耗輸出，所以加裝lm386音頻信號(hào)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。圖2.4.4-1 音頻處理模塊電路原理圖2.4.5 電源模塊電路原理圖由于本次設(shè)計(jì)的芯片的工作電壓都為5v，為了排除因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定或者不準(zhǔn)確影響電路的工作和軟件的調(diào)試，本次設(shè)計(jì)單獨(dú)用lm7805設(shè)計(jì)了一個(gè)輸出5v的電壓的電路，如圖3-11所示,其中j0為一變壓器插排接口，輸出電壓在7.5v，為交流電壓，經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流，電容濾波，再經(jīng)過(guò)lm7805穩(wěn)壓后，得到本次設(shè)計(jì)所需的5v直流電源。圖2.4.5-1 電源模塊電路原理圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡(jiǎn)單音樂(lè)發(fā)生

20、器，它由16個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤(pán)，用戶可以根據(jù)樂(lè)譜在鍵盤(pán)上進(jìn)行演奏，音樂(lè)發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶的彈奏，通過(guò)揚(yáng)聲器將音樂(lè)播放出來(lái)。3.1 音樂(lè)相關(guān)知識(shí)樂(lè)音聽(tīng)起來(lái)有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂(lè)音是用c、d、e、f、g、a、b表示的，這7個(gè)字母就是樂(lè)音的音名，它們一般依次唱成do、re、mi、fa、so、la、si，這是唱曲時(shí)樂(lè)音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂(lè)是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音

21、樂(lè)6。3.2 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的節(jié)拍除了音符以外，節(jié)拍也是音樂(lè)的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果1/4拍的延時(shí)是0.4秒，則1拍的延時(shí)是1.6秒，只要知道1/4拍的延時(shí)時(shí)間，其余的節(jié)拍延時(shí)時(shí)間就是它的陪數(shù)。如果單片機(jī)要自己播放音樂(lè)，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)完成7。音樂(lè)的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（c調(diào)）具體如下表：表2.3.2-1 音樂(lè)節(jié)拍表曲調(diào)值delay曲調(diào)值delay調(diào)4/4125m

22、s調(diào)4/462ms調(diào)3/4187ms調(diào)3/494ms調(diào)2/4250ms調(diào)2/4125ms3.3 如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂(lè)的一些基本知識(shí)后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂(lè)，對(duì)于單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)，因此，需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于12mhz時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值th0和tl0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)，在此情況下，c調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值t的對(duì)照如下表：表3.3.3-1 音符頻率與計(jì)數(shù)值t的對(duì)照表音符頻率（hz）計(jì)數(shù)值

23、（t值）音符頻率（hz）計(jì)數(shù)值（t值）低1do26263628#4fa#74064860#1do#27763737中5so78464898低2re29463835#5so#83194934#2re#31163928中6la88064968低3mi33064021#6la#93264994低4fa34964103中7si96865030#4fa#37064185低1do104665058低so39264260#1do#110965085#5so#41564331高2re117565110低6la44064400#2re#124565134#6la#46664463高3mi131865157低7s

24、i49464524高4fa139765178中1do52364580#4fa#149065198#1do#55464633高5so156865217中2re58764633#5so#166165235#2re#62264884高6la176065252中3mi65964732#6la#186565268中4fa69864820高7si196765283t的值決定了th0和tl0的值，其關(guān)系為：th0=t/256，tl0=t%25683.4 系統(tǒng)總體功能流程圖n定時(shí)器初始化數(shù)碼管顯示0主程序開(kāi)始循環(huán)檢測(cè)按鍵y數(shù)碼管顯示揚(yáng)聲器出聲圖3.4-1 主程序框圖k1鍵按下k2鍵按下k3鍵按下k4鍵按下k5

25、鍵按下k6鍵按下k7鍵按下數(shù)碼管顯示3.，并播放mi的低音數(shù)碼管顯示4.，并播放fa的低音數(shù)碼管顯示5.，并播放so的低音k8鍵按下數(shù)碼管顯示6.，并播放la的低音數(shù)碼管顯示7.，并播放si的低音數(shù)碼管顯示1，并播放do的中音數(shù)碼管顯示2，并播放re的中音數(shù)碼管顯示3，并播放mi的高階中音k9鍵按下k10鍵按下k11鍵按下k12鍵按下k13鍵按下k14鍵按下k15鍵按下數(shù)碼管顯示4并播放fa的中音數(shù)碼管顯示5并播放so的中音數(shù)碼管顯示6，并播放la的中音k16鍵按下數(shù)碼管顯示7，并播放si的中音數(shù)碼管顯示a，并播放do的高音數(shù)碼管顯示b，并播放re的高音數(shù)碼管顯示c，并播放mi的高音數(shù)碼管顯示

26、d，并播放fa的高階高音圖3.4-2 按鍵子程序流程圖4 電路仿真4.1 isis軟件介紹proteus isis是英國(guó)labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動(dòng)態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤(pán)和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。(2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051

27、系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。(3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2等軟件。(4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹proteus isis軟件的工作環(huán)境和一些基本操作9。4.2 仿真圖介紹單片機(jī)：p0 口對(duì)應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端； p10 口做音樂(lè)信號(hào)輸

28、出端； p2 口做鍵盤(pán)掃描部分輸入輸出端。鍵盤(pán)掃描：將16位開(kāi)關(guān)通過(guò)矩陣連接，接出來(lái)四端接輸入口（p0.4p0.7）用于鍵盤(pán)情況的輸入，另外四端接輸出口（p0.0p0.3）用于給鍵盤(pán)掃描信號(hào)。數(shù)碼管顯示：在使用時(shí)一要接上拉電阻（這是有單片機(jī)p0口的物理特性決定的），二是要加限流電阻以使流進(jìn)單片機(jī)的小于單片機(jī)所能承受的電流。音樂(lè)處理：lm386將單片機(jī)p1.0口送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行20倍的功率放大并送揚(yáng)聲器進(jìn)行音樂(lè)的播出。4.3 仿真圖圖4.3-1 仿真圖5 pcb印制板制作5.1 印制板制作的要求（1）電源線、地線應(yīng)各設(shè)置一條總線；（2）線寬盡可能的寬；（3）應(yīng)減少軟線跳線的使用；（4）元器件排版

29、要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號(hào)干擾；（5）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。5.2 印制電路板圖圖5.2-1 主控電路pcb板圖圖5.2-2輸入按鍵pcb板圖6 系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。6.1 軟件仿真調(diào)試軟件仿真調(diào)試主要是針對(duì)單片機(jī)部分進(jìn)行調(diào)試。在軟件運(yùn)行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要通過(guò)目測(cè)，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。在確保軟件仿真電路正常，無(wú)異常情況(斷路或短路)方可進(jìn)行軟件運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，軟件運(yùn)行主要是測(cè)試單片機(jī)鍵盤(pán)

30、控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。a、數(shù)碼管led電路調(diào)試：軟件運(yùn)行，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字；b、單片機(jī)鍵盤(pán)控制部分調(diào)試：軟件運(yùn)行，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤(pán)可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的音正確。6.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過(guò)程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試10。7 調(diào)試結(jié)論通過(guò)各方面努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)部分功能已實(shí)現(xiàn)。可以隨意演奏一首喜歡的曲子，并可以顯示

31、在數(shù)碼管上?；具_(dá)到預(yù)定的效果。畢業(yè)設(shè)計(jì)是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提高了我運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決面臨實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我查閱各種文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及軟件編程排版的水平。附錄1：元器件清單名稱參數(shù)數(shù)量備注排阻8*4702rp1,rp2插排sip23j0,j1,j3sip82j4,j5鍵盤(pán)直鍵開(kāi)關(guān)16k1-k16電容cc1-3v-30pf2c21,c22cl10-3v-0.0047u1c33cc1-3v-0.1u3c12,c13,c31cd11-6.3v-10u1c32cd11-25v-470u3c11,c14,c23電阻

32、rt-0.125-b-4701r32rt-0.125-b-1k2r11,r21rt-0.125-b-10k1r31晶振11.05926mhz1y21揚(yáng)聲器駐極體電容式1數(shù)碼管dip101dpy附錄2：主要電路原理圖附錄3：主要程序org 0000h ;初始位置00h jmp staret ;跳到主程序 org 000bh ;定時(shí)器0中斷起始單元 jmp time0 ;跳到中斷程序 staret: mov tmod,#00000001b;設(shè)定工作方式為1 mov ie, #10000010b ;開(kāi)中斷允許 setb tr0l1: call key ;調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序 clr ea ;關(guān)中斷總允許

33、 jb f0,l1 ;查詢鍵盤(pán)按下標(biāo)志 mov a,22h ;將鍵盤(pán)碼送單元a mov dptr,#table1 movc a,a+dptr ;將查詢的數(shù)碼管顯示碼送a mov p0,a ;將數(shù)碼管顯示碼送數(shù)碼管 mov a,22h ;將鍵盤(pán)碼送單元a rl a ;數(shù)據(jù)倍乘 mov dptr,#table movc a,a+dptr;將聲音編碼送a mov th0,a;將聲音編碼高位給th0 mov 21h,a;送聲音編碼給21h單元儲(chǔ)存 mov a,22h rl a inc a movc a,a+dptr;取聲音編碼地位給a mov tl0,a;將聲音編碼送tl0 mov 20h,a;將聲音編碼低位送20h儲(chǔ)存l2: call key;調(diào)用江畔掃描程序 setb ea;開(kāi)斷總允許 jb f0,l1;查詢鍵盤(pán)按下標(biāo)志 jmp l2 ;沒(méi)有轉(zhuǎn)l2循環(huán)/*鍵盤(pán)掃描程序*/key: setb f0 ;鍵盤(pán)按下標(biāo)志至1 mov r3,#0f7h;r3送掃描碼 mov r1,#00h;r1初始為0l3: mov a,r3;將掃描碼送a mov p2,a將掃描碼送p2掃描 m