電子琴課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)要求2二、設(shè)計(jì)目的2三、總體電路設(shè)計(jì)及描述23.1、 總體電路設(shè)計(jì)框圖23.2、 硬件電路的分析描述23.2.1、 、時(shí)鐘電路33.2.2、 復(fù)位電路與喇叭接口電路33.2.3、 按鍵輸入電路43.3、 、小結(jié)5四、軟件設(shè)計(jì)流程及描述64.1、 電子琴發(fā)聲原理64.2、 程序設(shè)計(jì)框圖及分析描述84.3、 電子琴設(shè)計(jì)報(bào)告9五、設(shè)計(jì)總結(jié)105.1、 心得體會(huì)105.2、 缺乏之處10六、參考文獻(xiàn)11另、附錄12附錄一、電子琴總體設(shè)計(jì)程序12附錄二、電子琴設(shè)計(jì)整體電路圖20附錄三、電子琴設(shè)計(jì)電路所用器件清單21一、設(shè)計(jì)要求(1)利用鍵盤(pán)能夠發(fā)出低首5tWj首1等不同首階.(2)能通過(guò)按鍵編輯

2、歌曲.(3)編輯一首歌曲存儲(chǔ),硬件電路可自動(dòng)連續(xù)演奏.二、設(shè)計(jì)目的(1)了解令揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的方法,熟悉按鍵輸入的處理方法.(2)能根據(jù)樂(lè)譜,找到并熟悉硬件電路自動(dòng)演奏歌曲的方法.練習(xí)將樂(lè)譜的音階、音拍編寫(xiě)成計(jì)算機(jī)樂(lè)譜.(3)根據(jù)設(shè)計(jì)要求認(rèn)真熟悉單片機(jī)的知識(shí)以及程序的整體設(shè)計(jì)及布局.(4)通過(guò)資料查詢(xún),網(wǎng)上搜索查找與自己設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí),合理有效的利用在自己的課程設(shè)計(jì)中.三、總體電路設(shè)計(jì)及描述3.1、 總體電路設(shè)計(jì)框圖這次課程設(shè)計(jì)中電子琴的總體電路主要是由四個(gè)局部組成,它們分別是單片機(jī)、時(shí)鐘與復(fù)位電路、12個(gè)按鍵輸入電路和揚(yáng)聲器電路.電子琴的硬件電路設(shè)計(jì)框圖如下：圖1:電子琴硬件電路設(shè)計(jì)框圖3.

3、2、 硬件電路的分析描述3.2.1、 時(shí)鐘電路從第一個(gè)電路一一時(shí)鐘電路開(kāi)始,這個(gè)電路比擬容易,為了方便起見(jiàn)我直接采用內(nèi)部時(shí)鐘模式.電路如下列圖所示：時(shí)鐘電路中的晶振頻率,為計(jì)算便,我采用12MHz那么得到時(shí)鐘周期便為1s,在追求速度與電路板工藝方面都比擬適宜.對(duì)于電容我也采用典型值30pf.另外在焊接電路板時(shí),電容與晶振應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片距離遠(yuǎn)一些,以減少寄生電容,保證振蕩電路更圖2:時(shí)鐘電路圖好更穩(wěn)定的工作.3.2.2、 復(fù)位電路與喇叭接口電路(1)復(fù)位電路對(duì)于復(fù)位電路,如下頁(yè)圖中所示,C取典型值22f,一方面可通過(guò)開(kāi)機(jī)電容充放電實(shí)現(xiàn)上電后自動(dòng)復(fù)位,另外為了實(shí)現(xiàn)可以按鍵手動(dòng)復(fù)位的要求(為滿(mǎn)

4、足在不切斷電源的情況下,使連續(xù)播放的歌曲停止,進(jìn)入其他狀態(tài)),我選擇電平手動(dòng)復(fù)位方式,復(fù)位電路中接地端電阻取1?,另外一電阻取200?.(2)喇叭接口電路(揚(yáng)聲器電路)喇叭接口電路(揚(yáng)聲器電路),此電路的主要功能是其接線(xiàn)方式如下列圖.在這里為使所演奏歌曲聲響較大,設(shè)計(jì)方案采用功率2W阻值8?來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,但單片機(jī)的P0.0口輸出電流值比擬小,驅(qū)動(dòng)水平弱,故在此采用兩個(gè)三極管將歌曲聲響信號(hào)放大.三極管我采用常見(jiàn)型號(hào)NPN2SC138有PNP2SA1085三極管集電極電阻選330?的大阻值.這樣可以更好的保護(hù)三極管,也可以進(jìn)行音頻放大與音頻發(fā)聲功能.圖3:復(fù)位電路與喇叭接口電路3.2.3、 按鍵輸

5、入電路(1)鍵盤(pán)接口具有的根本功能：去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生.去抖動(dòng)：每個(gè)按鍵在按下或松開(kāi)時(shí),都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng).抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān),一般為5-20mm所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開(kāi)抖動(dòng)狀態(tài),只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開(kāi)狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤.去抖問(wèn)題可通過(guò)軟件延時(shí)或硬件電路解決.防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒(méi)有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題.常用的方法有雙鍵鎖定和N鍵輪回兩種方法.雙鍵鎖定,是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí),只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼.N鍵輪回,是當(dāng)檢測(cè)到有多個(gè)鍵被按下時(shí),能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵

6、碼.被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問(wèn)題,一般可通過(guò)軟硬結(jié)合的方法完成.常用的方法有行掃描法和線(xiàn)反轉(zhuǎn)法兩種.行掃描法的根本思想是,由程序?qū)︽I盤(pán)逐行掃描,通過(guò)檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來(lái)確定閉合鍵,為此,需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè),該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用.線(xiàn)反轉(zhuǎn)法的根本思想是通過(guò)行列顛倒兩次掃描來(lái)識(shí)別閉合鍵,為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入/輸出端口.鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼,一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤(pán)編碼表,通過(guò)查表獲得被按鍵的鍵碼(2)按鍵電路的連接對(duì)于按鍵輸入電路的信號(hào)輸入,我接至單片機(jī)芯片的P1.0至P1.7還有P3.4至P3.7等十二支引腳.由于這些引

7、腳都靠近實(shí)際芯片的下端,在設(shè)計(jì)制作電路板時(shí)比擬容易布線(xiàn).在初始化程序中,將這些端口設(shè)置為高電平,當(dāng)按下按鍵后,端口被鎖定為低電平,在程序中,采用數(shù)條JNB位變量條件轉(zhuǎn)移指令,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到此低電平后便跳轉(zhuǎn)至效勞程序處,根據(jù)程序中相關(guān)量變化時(shí)發(fā)出具有一定頻率的低音5至高音3等不同音階的聲響.其單片機(jī)電子琴按鍵電路程序設(shè)計(jì)流程圖如下列圖所示：圖4:按鍵電路的流程圖3.3、 、小結(jié)以上便是硬件局部電路的根本設(shè)計(jì)與分析描述,詳細(xì)總體的電路圖附加在附錄頁(yè)中,供仔細(xì)參考使用.電路中由于沒(méi)有擴(kuò)展外部存儲(chǔ)裝置,故單片機(jī)EA非引腳必須接高電平,以選中內(nèi)部ROM電路的有利改良：設(shè)計(jì)中所用的揚(yáng)聲器也滿(mǎn)足這里的設(shè)計(jì)要

8、求,但揚(yáng)聲器假設(shè)附加有音箱(例如隨身聽(tīng)用的小音箱)那么效果更佳.四、軟件設(shè)計(jì)流程及描述4.1、 電子琴發(fā)聲原理(1)聲音產(chǎn)生方法：只要讓揚(yáng)聲器(speaker)通過(guò)會(huì)產(chǎn)生大小變化的電流(即脈動(dòng)電流或交流),就能使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音.因此假設(shè)以程序不斷的輸出10101?就可令揚(yáng)聲器發(fā)出聲音.(2)要生產(chǎn)音頻脈沖,只要算出某一音頻的周期(1/頻率),然后將此周期除以2,即為半周期的時(shí)間.利用延時(shí)程序計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間,每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相,然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O反相,就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖.(3)例如中音DO的頻率為262Hz,其周期T=1/262=3816s,因

9、此只要編寫(xiě)延時(shí)1908s的子程序,在1908s后再將I/O反相延時(shí)1908s,就可得到中音DO(262Hz).(4)延時(shí)時(shí)間的方法：(以中音DO為例)假設(shè)以程序MOVR6,#DATA;1周ACALLDELAY;2周DELAY:MOVB,R6MOVR7,#06HDL:DJNZR7,DLDJNZR6,DLMOVR6,BRET來(lái)到達(dá)半個(gè)周期的目的,那么因半個(gè)周期t=1908s,且MOVR6,#DATAACALLDELAYMOVB,R6RET這5個(gè)指令共耗時(shí)1908s-9s=1899sMOVR6,B9s,所以在延時(shí)子程序DELAYS,循環(huán)的局部只能是,循環(huán)的局部每執(zhí)行一次耗時(shí)15s,故要延時(shí)1908s

10、需要執(zhí)行1899/15=126次,即R6=126=7EH可產(chǎn)生所需的中音DO音.以此類(lèi)推,可得到計(jì)算延時(shí)的參數(shù)公式:R6=(500000/f-9)/15各音階的延時(shí)參數(shù)下列圖表所示:DOREMIFASOLASI高音音符頻率延時(shí)參數(shù)1+5226365212+5875673223+4+5595047828823245+7004298256+78437110267+8803312427988日長(zhǎng)今必音階代碼中音音符頻率延時(shí)參數(shù)122621263311:3294113371245330100414413146-3499549157392440857567494日長(zhǎng)今必音階代碼55166217低音音符頻

11、率延時(shí)參數(shù)1-21312541601314722618024165201212203045-117519025056-719617028062201503107247134日長(zhǎng)今必音階代碼特殊功能特殊功能休止符重復(fù)演奏停止演奏簡(jiǎn)譜0音節(jié)代碼0040255所以只要讓揚(yáng)聲器Speaker通過(guò)會(huì)產(chǎn)生大小變化的電流即脈動(dòng)的電流或交流,就能使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音.因此假設(shè)根據(jù)程序不斷的輸出1一0一1一0一,就可令揚(yáng)聲器發(fā)出聲音.由于MCS-51單片機(jī)的輸出端口輸出電流不夠大,所以必須加上晶體三極管把電流放大后再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,如下列圖左半圖所示：圖5:揚(yáng)聲器的電路圖與其流程圖上圖中所示的右半圖是產(chǎn)生聲音的根本流程

12、圖,只要改變半周期t的時(shí)間長(zhǎng)短,就可以改變硬件電路圖中電路的輸出頻率,在課程設(shè)計(jì)編寫(xiě)相關(guān)程序時(shí)也是依據(jù)這個(gè)原理來(lái)編寫(xiě)設(shè)計(jì)流程的.在電子琴設(shè)計(jì)流程中有具體程序編寫(xiě),在附錄中會(huì)有顯示.4.2、 程序設(shè)計(jì)框圖及分析描述課程設(shè)計(jì)中彈奏音樂(lè)程序設(shè)計(jì)包括主程序和各個(gè)子程序.在課程設(shè)計(jì)報(bào)告附頁(yè)中有具體程序,可以供參考審核用.在這里給出音樂(lè)眼湊的的程序流程圖,以便更好的查看程序設(shè)計(jì).在流程途中樂(lè)譜改編為程序中的計(jì)算機(jī)樂(lè)譜必須根據(jù)“音階代碼在前,音拍代碼在后的規(guī)那么排序,樂(lè)譜結(jié)束時(shí),必須以40表示重復(fù)演奏或者255表示只演奏一遍就停止做結(jié)尾.4.3、 電子琴設(shè)計(jì)程序(詳見(jiàn)附頁(yè))設(shè)計(jì)總結(jié)5.1、 心得體會(huì)(1)通

13、過(guò)這次課程設(shè)計(jì),讓我感覺(jué)到了單片機(jī)的深?yuàn)W,很多資料沒(méi)有,要靠自己去查找.在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,我學(xué)會(huì)了怎么通過(guò)各種方式查詢(xún)相關(guān)的資料,尤其是要充分利用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)查找自己想要的資料.(2)這次的課程設(shè)計(jì)涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容,首先硬件方面,根本熟悉了單片機(jī)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程及方法.本次課程設(shè)計(jì)的硬件焊接工序也是個(gè)關(guān)鍵步驟,在焊接過(guò)程中要仔細(xì),不要被打攪,否那么很容易焊接錯(cuò)誤.而且焊接量也很大,要有明確的分工,有的必須一個(gè)人單獨(dú)完成,不然會(huì)很浪費(fèi)時(shí)間.(3)在軟件方面,由于自己所學(xué)有限,所以程序的編寫(xiě)事件很頭疼的事,所以我們是先從網(wǎng)上下載一些類(lèi)似的程序,然后對(duì)程序進(jìn)行分析修改加以利用.在進(jìn)行仿真電路

14、的過(guò)程中也有很多不便,很多系統(tǒng)程序軟件不會(huì)使用,所以在其中找同學(xué)幫助,而且自己也進(jìn)行了初步學(xué)習(xí),更進(jìn)一步了解了我們專(zhuān)業(yè)所利用的一些經(jīng)典軟件,給以后的學(xué)習(xí)提供了很好的定位.(4)設(shè)計(jì)好后,要將程序燒入芯片,經(jīng)過(guò)調(diào)試成功后,我們可以任意彈奏自己想要的旋律.本研究通過(guò)制作電子琴,將幾個(gè)模塊很好的融合起來(lái),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.說(shuō)明一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的,而每個(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,所以我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確來(lái),然后

15、我們利用功放電路來(lái)將音樂(lè)聲音放大,同時(shí)通過(guò)顯示模塊來(lái)確定我們自己所彈的音符.5.2、 缺乏之處雖然我們用心設(shè)計(jì),但仍有許多缺乏之處：可彈奏的音符數(shù)較少,可通過(guò)改良鍵盤(pán)識(shí)別模塊和發(fā)生模塊來(lái)增加氣音樂(lè)效果.2 .只有一種頻率輸出.不過(guò)可以在外圍設(shè)計(jì)濾波電路,接在不同的輸出口,通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)不同端口的輸出,從而接入不同的濾波電路,輸出不同的波形,從而獲得不一樣的音色.3 .不能以和弦形式演奏,只能單個(gè)鍵按下輸出單個(gè)的音階.而且按鍵后不能進(jìn)行錄制重放.在以后的學(xué)習(xí)進(jìn)程中,也可以利用閑暇時(shí)間對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步探索研究,更深一步的學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí).參考文獻(xiàn)1、張毅坤主編單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社

16、2、蔡朝洋主編單片機(jī)限制實(shí)習(xí)與專(zhuān)題制作北京科學(xué)出版社3、陳偉人MC51系統(tǒng)單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.北京清華大學(xué)出版社4、丁元杰單片機(jī)原理及應(yīng)用北京機(jī)械工業(yè)出版社附錄一：電子琴總體設(shè)計(jì)程序ORGORGORG0000HP1,P3,#0FFH#0FFHTEST:JNBP3.4,STARTP3.4=0嗎？JNBP3.5,SOL;P3.5=0嗎？JNBP3.6,LAL;P3.6=0嗎？JNBP3.7,SIL;P3.4=0嗎？JNBP1.7,DO;P1.7=0嗎？JNBP1.6,RE;P1.6=0嗎？JNBP1.5,MI;P1.5=0嗎？JNBP1.4,FA;P1.4=0嗎?JNBP1.3,SO;P1.3=

17、0嗎？JNBP1.2,LA;P1.2=0嗎？JNBP1.1,SI;P1.1=0嗎？SOL:LAL:SIL:DO:RE:MI:FA:SO:LA:SI:DOH:;輸出一周OUTPUT1:DELAY1:DL1:START:JNBP1.0,DOHAJMPTEST設(shè)定相對(duì)應(yīng)延時(shí)參數(shù)R6MOVR6,#170AJMPOUTPUT1MOVR6,#150AJMPOUTPUT1MOVR6,#134AJMPOUTPUT1MOVR6,#126AJMPOUTPUT1MOVR6,#113AJMPOUTPUT1MOVR6,#100AJMPOUTPUT1MOVR6,#95AJMPOUTPUT1MOVR6,#85AJMPOUT

18、PUT1MOVR6,#75AJMPOUTPUT1MOVR6,#67AJMPOUTPUT1MOVR6,#63AJMPOUTPUT1CLRP0.7ACALLDELAY1SETBP0.7ACALLDELAY1AJMPTEST;延時(shí)t=15us*R6+9usMOVB,R6MOVR7,#6DJNZR7,$DJNZR6,DL1MOVR6,BRETMOVDPTR,#MUSIC;P1.0=0嗎？;令兩揚(yáng)聲器通電;延時(shí)半周期t;令揚(yáng)聲器斷電;延時(shí)半周期t;重新測(cè)試按鍵;DPTR旨向樂(lè)譜的開(kāi)頭CONT:階代碼CLRAMOVCA,A+DPTR；讀取樂(lè)譜內(nèi)的音；A=*代碼CJNEA,#40CHKCHK:CJNEA,#

19、255,OKSTOP:AJMPSTOP;走5rt邛代碼為255,那么停止演奏OK:PUSHACCINCDPTRCLRAMOVCA,A+DPTR;讀取樂(lè)譜內(nèi)的音階代碼MOVR4,A;R4書(shū)拍代碼POPACCAJMPSTART；假設(shè)音節(jié)代碼為40,那么從頭開(kāi)始重復(fù)演奏CHK1:CJNEA,#01,CHK2CHK2:ACALLDOHCJNEA,#02,CHK3DOCHK3:ACALLRELCJNEA,#03,CHK4DOCHK4:ACALLMILCJNEA,#04,CHK5DOCHK5:ACALLFALCJNEA,#05,CHK6CHK6:ACALLSOL2CJNEA,#06,CHK7CHK7:AC

20、ALLLAL2CJNEA,#07,CHK11CHK11:ACALLSIL2CJNEA,#11,CHK12CHK12:ACALLDO2CJNEA,#12,CHK13CHK13:ACALLRE2CJNEA,#13,CHK14CHK14:ACALLMI2CJNEA,#14,CHK15CHK15:ACALLFA2CJNEA,#15,CHK16CHK16:ACALLSO2CJNEA,#16,CHK17CHK17:ACALLLA2CJNEA,#17,CHK21CHK21:ACALLSI2CJNEA,#21,CHK22依據(jù)音階代碼發(fā)出相應(yīng)的聲音;假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音DO；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生

21、低音；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音ACALLDOH2CHK22:CJNEA,#22,CHK23ACALLREHCHK23:CJNEA,#23,CHK24ACALLMIHCHK24:CJNEA,#24,CHK25ACALLFAHCHK25:CJNEA,#25,CHK26ACALLSOHCHK26:CJNEA,#26,CHK27ACALLLAHCHK27:CJNEA,#27,CHK0ACALLSIHCHK0:CJNEA,#00,CONT2ACALLNONCONT2:INCDPTRAJMPCONT設(shè)定各音階相對(duì)應(yīng)音階代碼的參數(shù)設(shè)定低音DOL:DO的相對(duì)應(yīng)參數(shù)MOVR

22、6,#254MOVR5,#16AJMPOUTPUT設(shè)定低音RE的相對(duì)應(yīng)參數(shù)REL:MOVR6,#226MOVR5,#18AJMPOUTPUTMIL:MOVR6,#201MOVR5,#21AJMPOUTPUTFAL:MOVR6,#190MOVR5,#22AJMPOUTPUTSOL2:MOVR6,#170MOVR5,#25AJMPOUTPUTLAL2:MOVR6,#150MOVR5,#28AJMPOUTPUTSIL2:MOVR6,#134MOVR5,#31AJMPOUTPUTDO2:MOVR6,#126MOVR5,#33AJMPOUTPUTRE2:MOVR6,#113MOVR5,#37AJMPOU

23、TPUTMI2:MOVR6,#100MOVR5,#41AJMPOUTPUTFA2:MOVR6,#95MOVR5,#44AJMPOUTPUTSO2:MOVR6,#85MOVR5,#49AJMPOUTPUTLA2:MOVR6,#75MOVR5,#55AJMPOUTPUTSI2:MOVR6,#67MOVR5,#62AJMPOUTPUTDOH2:MOVR6,#63MOVR5,#65AJMPOUTPUTREH:MOVR6,#56MOVR5,#73AJMPOUTPUTMIH:MOVR6,#50MOVR5,#82AJMPOUTPUTFAH:MOVR6,#47MOVR5,#88AJMPOUTPUTSOH:MOVR6,#42MOVR5,#98AJMPOUTPUTLAH:MOVR6,#37MOVR5,#110AJMPOUTPUTSIH:MOVR6,#33MOVR5,#124AJMPOUTPUTNON:MOVR6,#33MOVR5,#124AJMPOUTPUTR6與R5采用上NO時(shí)設(shè)定休止符的相對(duì)應(yīng)參數(shù)說(shuō)明：由于休止符不發(fā)出任何聲音,所以述任何一組相對(duì)應(yīng)的參數(shù)均可以以下為輸出R5*R4