基于8155的8led簡易電子琴設計(proteus8.0)

南京郵電大學課程設計Ⅱ-7-通達學院20/20學年第學期課程設計II實驗報告 模塊名稱PROTEUS51專業(yè)學生班級學生學號學生姓名指導教師設計題目基于8155的8LED顯示簡易電子琴設計任務要求使用LED/LCD顯示器來顯示音階輸入的相關信息；當按下鍵盤組相對按鍵，壓電喇叭會發(fā)出相對音階單音，共有2個8度音階；所有單音會存入8951內(nèi)而保存起來；至多可以輸入64個單音，可以一起演奏出來；演奏時可以按鍵中斷；可以實時顯示目前正演奏的單音碼。實驗設備及軟件一臺裝有proteus7.7、及Keil的PC同組人員學號及姓名參考文獻《Proteus入門教程》[第二版]周潤景、蔡雨恬[著]《單片機原理及應用》張毅剛、彭喜元、彭宇[著]《單片機的C語言應用程序設計》馬忠梅[著]一、本系統(tǒng)的目的本系統(tǒng)設計制作一個可演奏的電子琴。綜合應用了兩項設計。鍵盤矩陣識別，通過按鍵控制播放15個音階并顯示。通過控制開關完成事先寫入歌曲的播放。二、主要芯片簡介AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。8155是常用的擴展單片機IO資源的芯片，8155原理是只利用單片機的一個并行口來擴展出幾個并口，使得單片機可以接入更多的設備三、系統(tǒng)組成本系統(tǒng)只要以51單片機為主控核心，8155IO外擴、與矩陣鍵盤、揚聲器、LED顯示管模塊一起組合而成。具體如下：單片機單片機AT89S514X4矩陣鍵盤8LED數(shù)碼管8155H揚聲器四、系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)掃描鍵盤矩陣、顯示當前狀態(tài)及音階、揚聲器發(fā)出對應音符或音樂。4X4行列式非編碼鍵盤：鍵盤只簡單地提供按鍵開關的行列矩陣。有關按鍵的識別、鍵碼的確定與輸入、去抖動等功能均由軟件完成。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，為此，需要設置入口、輸出口一個，該方法在微機系統(tǒng)中被廣泛使用。鍵盤接口必須具有去抖動、防串鍵、按鍵識別和鍵碼產(chǎn)生4個基本功能。用8155H的PB和PC口接4×4矩陣鍵盤，以PB0-PB4作輸入線，以PC0-PC4作輸出線五、硬件總體設計本系統(tǒng)由鍵盤矩陣、LED顯示管、揚聲器這幾個部分組成，LED顯示管顯示當前按鍵，揚聲器發(fā)出對應音符。硬件總體設計圖如下：具體元件使用8LED數(shù)碼管 低音1 低音2 低音3 低音4 低音5 低音6 低音7 中音1 中音1 中音2 中音3 中音4 中音5 中音6 中音7 高音1自動播放開關和揚聲器 用于穩(wěn)定點位的上拉電阻

六、關于音頻與計數(shù)初值的選擇一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，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了，當然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系正確即可。利用AT89C51的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（MODE1）下，改變計數(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T＝1/523＝1912μs，因此只要令計數(shù)器計時956μs/1μs＝956，每計數(shù)956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計數(shù)脈沖值與頻率的關系式是N＝fi÷2÷fr式中，N是計數(shù)值；fi是機器頻率（晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計數(shù)初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr

例如：設K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計數(shù)值。

T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷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具體的音頻對照表：音符音符 頻率/Hz音符 頻率/Hz音符 頻率/Hz低音1262中音1523高音11046低音1# 277中音1#554高音1#1109低音2294中音2587高音21175低音2# 311中音2#622高音2#1245低音3330中音3659高音31318低音4349中音4698高音41397低音4# 370中音4#740高音4#1480低音5392中音5784高音51568低音5# 415中音5#831高音5#1661低音6440中音6880高音61760低音6# 466中音6#932高音6#1865低音7494中音7988高音71976 注：本系統(tǒng)值采用了期中15個音階（如鍵盤圖示），半音不在考慮之內(nèi)。七、系統(tǒng)操作說明

（1）Keil下編譯，產(chǎn)生目標HEX文件，Proteus下ProgrammeFiles選擇產(chǎn)生的HEX文件，點擊運行開始模擬。（2）開啟本系統(tǒng)SW開關閉合，數(shù)碼管顯示“PLAY”，播放兩只蝴蝶的樂曲。（3）斷開開關，按任意鍵盤，數(shù)碼管顯示所按的音階，揚聲器發(fā)出相應的音符。（4）程序流程圖：開始開始模塊初始化開關閉合掃描鍵盤顯示音階發(fā)出聲音延時結(jié)束播放樂曲是是否否否按下鍵盤否按下鍵盤是是八、單片機程序代碼見附件（8155電子琴c語言代碼）九、運行結(jié)果 十、設計總結(jié)通過這次課程設計，充分將之前在51單片機課上學到的知識得以運用，也掌握了一些課本之外的東西，例如基于c語言的單片機程序開發(fā)。經(jīng)過我長時間的設計及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實現(xiàn)按下鍵盤矩陣中的按鍵會使數(shù)碼管顯示當前按鍵，揚聲器播放對應的音符。但由于仿真系統(tǒng)原因，本設計音頻效果不是很好。不足之處有：1.可彈奏的音符數(shù)較少，只能在一定范圍內(nèi)滿足用戶需要?？赏ㄟ^改進鍵盤識別模塊和發(fā)生模塊來增加其復雜度2.音量不可調(diào)。我的綜合設計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。在硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作.在軟件方面，基本掌握了Proteus繪制原理圖的方法，并設計了一個單片機最小系統(tǒng),對C語言在單片機開發(fā)上的應用也有了充分的體會。加深了對所學理論知識的理。設計成績評定評分內(nèi)容具體要求總分評分上機時間上機時間是否達到要求的學時，按照實際情況給與一定的成績