電子琴單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--電子琴模擬實(shí)驗(yàn)

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目：電子琴模擬實(shí)驗(yàn)</p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p&

2、gt;　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： </p><p><b>　　電子琴模擬實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　電子琴因其音色優(yōu)美、節(jié)奏多變、價(jià)格便宜、攜帶方便和彈奏易于出效果，深受廣大青少年甚至老

3、年人的喜愛，又是我國(guó)中小學(xué)音樂課堂教學(xué)和廣大群眾業(yè)余音樂活動(dòng)的重要工具。在日常的娛樂活動(dòng)中，不管是卡拉OK、聽音樂、看電影，又或是參與演唱會(huì)。你都會(huì)發(fā)覺，這些消遣全與音樂有不可分割的關(guān)系，而幾乎所有的音樂里都有琴的參與。再者提高電子琴應(yīng)用能力（如即興伴奏），已經(jīng)成為各級(jí)各類電子琴教學(xué)活動(dòng)的重要內(nèi)容。因此研究電子琴設(shè)計(jì)也成為了電子設(shè)計(jì)師的重要課題。 作為一種新興的樂器，電子琴的歷史不像鋼琴那樣悠久.它也是以鍵盤形態(tài)出現(xiàn)的，而以往的

4、鍵盤樂器主要是鋼琴、風(fēng)琴、管風(fēng)琴、手風(fēng)琴。電子琴是種鍵盤樂器。它是1934年由美國(guó)人勞倫斯.哈夢(mèng)特制造發(fā)明的，只有50多年歷史。當(dāng)初發(fā)明它的目的是用它來代替巨大的管風(fēng)琴（管風(fēng)琴是樂器中最大的一種，最低的發(fā)音管就有10多米長(zhǎng)）。后來日本人在五十年代買下了這項(xiàng)專利技術(shù)，開始生產(chǎn)電子琴，并把它用于音樂教育。這樣，電子琴就漸漸地在世界上普及起來。當(dāng)今電子琴已被廣泛應(yīng)用于教學(xué),演奏,是一門實(shí)用性很強(qiáng)的樂器.在我國(guó)目前普及的電子琴有兩種：一種是帶有

5、腳鍵盤的立式電子琴；另一種是深受大</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　利用定時(shí)器可以發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，會(huì)發(fā)出不同的音調(diào)。定時(shí)器按設(shè)置的定時(shí)參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平。由于定時(shí)參數(shù)不同，就發(fā)出不同頻率的脈沖。有鍵按下，會(huì)發(fā)出連續(xù)脈沖，直到按鍵松開，才停止發(fā)音。

6、使用數(shù)字鍵1~7作為電子琴按鍵，P3.2口發(fā)出音頻脈沖，驅(qū)動(dòng)喇叭</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案及原理</b></p><p><b>　　3.1目的和意義</b></p><p>　　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)。

7、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

8、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(jiǎn)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</p

9、><p>　　3.2系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)可演奏的電子琴。綜合應(yīng)用了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　（1）鍵盤矩陣識(shí)別。即矩陣掃描，顯示當(dāng)前按鍵。</p><p>　　（2）不同頻率音符播放。可以通過按鍵控制16種發(fā)音。</p><p><b>　　3.3主要芯片介紹</b&

10、gt;</p><p>　　AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)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ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為

11、許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。    AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳（引腳圖如圖1-2所示），4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 </p

12、><p>　　此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p><b>　　系統(tǒng)分析</b>

13、;</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　模擬電子琴的系統(tǒng)主要由單片機(jī)</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖</b></p><p><b>　　4.2系統(tǒng)工作原理</b></p><p>　　本系統(tǒng)掃描鍵盤矩

14、陣、顯示按鍵、揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符。</p><p>　　4X4行列式鍵盤識(shí)別及顯示原理如下：</p><p>　　組成鍵盤的按鍵有機(jī)械式、電容式、導(dǎo)電橡膠式、薄膜式多種，但不管什么形式，其作用都是一個(gè)使電路接通與斷開的開關(guān)。目前微機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤按其功能不同，通?？煞譃榫幋a鍵盤和非編碼鍵盤兩種基本類型。 編碼鍵盤：鍵盤本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要功能所需的硬件電路。不僅能自動(dòng)檢測(cè)被按下的

15、鍵，并完成去抖動(dòng)、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼（如ASCII碼）送往CPU。所以，編碼鍵盤接口簡(jiǎn)單、使用方便。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。 非編碼鍵盤：鍵盤只簡(jiǎn)單地提供按鍵開關(guān)的行列矩陣。有關(guān)按鍵的識(shí)別、鍵碼的確定與輸入，去抖動(dòng)等功能均由軟件完成。目前微機(jī)系統(tǒng)中，一般為了降低成本大多數(shù)采用非編碼鍵盤。 鍵盤接口必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。 （1）去抖動(dòng):每個(gè)按

16、鍵在按下或松開時(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抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤。去抖問</p><p>　　題可通過軟件延時(shí)或硬件電路解決。 （2）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有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問題。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)

17、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)鍵的鍵碼。 （3）被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，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。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過行

18、列顛倒兩次掃描來識(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。 （4）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)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1系統(tǒng)總電路</b></p><p>　　

19、本設(shè)計(jì)中仿真電路由單片機(jī)晶振電路、復(fù)位電路，數(shù)碼管顯示電路和44行列式鍵盤輸入電路構(gòu)成。系統(tǒng)總電路圖見附錄1。</p><p><b>　　5.2復(fù)位電路</b></p><p>　　常見的復(fù)位電路有三種形式：上電自動(dòng)復(fù)位方式、按鍵電平復(fù)位方式和按鍵脈沖復(fù)位方式，本設(shè)計(jì)中采用了按鍵電平復(fù)位的方式，通過使RST端經(jīng)電阻與VCC電源接通實(shí)現(xiàn)復(fù)位，電路圖如圖2所示。<

20、/p><p>　　圖2 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p><b>　　5.3晶振電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的振蕩電路采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式，在XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，組成并聯(lián)諧振電路，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖圖3所示，晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。此設(shè)計(jì)中振蕩頻率12MHz.</p&g

21、t;<p>　　圖3 單片機(jī)晶振電路</p><p>　　5.4數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>　　1. LED結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　LED數(shù)碼管顯示器，由8只發(fā)光二極管組成。7只發(fā)光二極管排成“8”字形的7個(gè)段，另外一段構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，各段標(biāo)記如圖4所示。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的點(diǎn)或線段發(fā)光，將這些二極管排成

22、一定圖形，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就可以顯示出不同的字形。通過不同的組合，可用來顯示數(shù)字0～9、字母A～F及小數(shù)點(diǎn)“.”等，它有共陰和共陽(yáng)兩種結(jié)構(gòu)。七段LED的陽(yáng)極連在一起稱為共陽(yáng)極接法，而陰極接在一起的稱為共陰極接法。</p><p>　　圖4 LED數(shù)碼管原理圖</p><p>　　2. LED的工作原理</p><p>　　共陰極的LED，只要在某該段二

23、極管加上高電平，該段即點(diǎn)亮，反之則暗。共陽(yáng)極的與之相反。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常將控制LED顯示的8位數(shù)據(jù)稱為段選碼，七段LED的段選碼如表1所示。</p><p>　　表1：七段LED的段代碼</p><p><b>　　3. 顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中LED數(shù)碼管顯示電路采用了共陰極的接法，電路如圖5所示。</

24、p><p>　　圖5 單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>　　5.5鍵盤電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用了44行列式鍵盤電路，</p><p>　　圖6 4×4鍵盤電路</p><p><b>　　5.6揚(yáng)聲器電路</b></p>

25、<p>　　本設(shè)計(jì)中揚(yáng)聲器電路采用了揚(yáng)聲器加NPN型的三極管組成的三極管開關(guān)電路，當(dāng)P1.0口是低電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p><b>　　圖6 揚(yáng)聲器電路</b></p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)程序采用匯編語(yǔ)言編寫，程序主要包括主程序、鍵盤掃描程

26、序、數(shù)碼管顯示程序、中斷服務(wù)程序和延時(shí)程序。</p><p><b>　　6.1主流程</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　圖7 主流程圖</b></p><

27、;p><b>　　6.2鍵盤掃描程序</b></p><p><b>　　N </b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p>

28、<p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖8 鍵盤掃描流程圖</p><p>　　6.3數(shù)碼管顯示程序</p><p><b>　　6.4中斷服務(wù)程</b></p><p><b>

29、;　　總結(jié) </b></p><p>　　通過這次的設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到我對(duì)單片機(jī)方面的知識(shí)知道的太少了，對(duì)于書本上的很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用，有很多我們需要掌握的知識(shí)在等著我去學(xué)習(xí)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中彌補(bǔ)我所缺少的知識(shí)。本次的設(shè)計(jì)使我從中學(xué)到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到我以后的工作中去。在大學(xué)的課堂的學(xué)習(xí)只是在給我們灌輸專業(yè)知識(shí)，而我們應(yīng)把所學(xué)的用到我們現(xiàn)

30、實(shí)的生活中去，此次的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)給我奠定了一個(gè)實(shí)踐基礎(chǔ)，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)、生活中磨練自己，使自己適應(yīng)于以后的競(jìng)爭(zhēng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李華. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[2] 何欽銘.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M] .北京：高等教育出版社，200

31、7.</p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p>　　//****************************************</p><p>　　// 基于AT89c51的電子琴設(shè)計(jì)</p><

32、p>　　//****************************************</p><p><b>　　//學(xué) 校： </b></p><p><b>　　//學(xué) 院： </b></p><p><b>　　//班 級(jí)： </b></p><p>

33、<b>　　//設(shè)計(jì)者：</b></p><p><b>　　//時(shí) 間：</b></p><p>　　//****************************************</p><p><b>　　//程序介紹 :</b></p><p>　　//該程序通

34、過定時(shí)器中斷</p><p>　　//****************************************</p><p>　　LINEEQU30H</p><p>　　ROWEQU31H </p><p>　　VALEQU32H ;賦值</p><p><

35、b>　　ORG00H</b></p><p>　　SJMPSTART</p><p>　　ORG0BH ;中斷首地址</p><p>　　LJMPINT_T0 ;跳轉(zhuǎn)到中斷子程序</p><p>　　START:MOVP0,#00H</p><p>　　MO

36、VTMOD,#01H ;初始化</p><p>　　//***************按鍵掃描程序***************</p><p>　　LSCAN:MOVP3,#0F0H ;行掃描</p><p>　　L1:JNBP3.0,L2</p><p>　　LCALLDELAY</p><

37、p>　　JNBP3.0,L2</p><p>　　MOVLINE,#00H</p><p>　　LJMPRSCAN</p><p>　　L2:JNBP3.1,L3</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.1,L3</p><p>　

38、　MOVLINE,#01H</p><p>　　LJMPRSCAN</p><p>　　L3:JNBP3.2,L4</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.2,L4</p><p>　　MOVLINE,#02H</p><p>　　LJM

39、PRSCAN</p><p>　　L4:JNBP3.3,L1</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　JNBP3.3,L1</p><p>　　MOVLINE,#03H</p><p>　　RSCAN:MOVP3,#0FH ;列掃描</p><

40、p>　　C1:JNBP3.4,C2</p><p>　　MOVROW,#00H</p><p>　　LJMPCALCU</p><p>　　C2:JNBP3.5,C3</p><p>　　MOVROW,#01H</p><p>　　LJMPCALCU</p><p&

41、gt;　　C3:JNBP3.6,C4</p><p>　　MOVROW,#02H</p><p>　　LJMPCALCU</p><p>　　C4:JNBP3.7,C1</p><p>　　MOVROW,#03H</p><p>　　CALCU:MOVA,LINE ;計(jì)

42、算鍵號(hào)</p><p>　　MOVB,#04H</p><p><b>　　MULAB</b></p><p>　　ADDA,ROW</p><p>　　MOVVAL,A</p><p>　　//*******************************************

43、</p><p>　　//根據(jù)鍵號(hào)查表得到定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)</p><p>　　//從而發(fā)出不同頻率的聲音</p><p>　　//*******************************************</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE2</p><p><b>　　MO

44、VB,#2</b></p><p><b>　　MULAB</b></p><p><b>　　MOVR1,A</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　MOVTH0,A</p><p><b>　　I

45、NCR1</b></p><p><b>　　MOVA,R1</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　MOVTL0,A</p><p>　　MOVIE,#82H</p><p><b>　　SETBTR0</b&g

46、t;</p><p>　　MOVA,VAL ;顯示鍵號(hào)</p><p>　　MOVDPTR,#TABLE1</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　//*********************

47、**********************</p><p><b>　　//等待按鍵釋放</b></p><p>　　//*******************************************</p><p>　　W0:MOVA,P3</p><p>　　CJNEA,#0FH,W1<

48、/p><p>　　MOVP0,#00H;去抖動(dòng)</p><p><b>　　CLRTR0</b></p><p>　　LJMPLSCAN</p><p>　　W1:MOVA,P3</p><p>　　CJNEA,#0F0H,W2</p><p>　　MO

49、VP0,#00H</p><p><b>　　CLRTR0</b></p><p>　　LJMPLSCAN</p><p>　　W2:SJMPW0</p><p>　　//****************************************</p><p>　　//定時(shí)

50、器0中斷服務(wù)子程序,輸出特定頻率的方波,</p><p><b>　　//驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲</b></p><p>　　//***************************************</p><p>　　INT_T0:MOVDPTR,#TABLE2</p><p>　　MOVA,VAL</

51、p><p><b>　　MOVB,#2</b></p><p><b>　　MULAB</b></p><p><b>　　MOVR1,A</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　MOVTH0,A<

52、/p><p><b>　　INCR1</b></p><p><b>　　MOVA,R1</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p>　　MOVTL0,A</p><p><b>　　CPLP1.0</b><

53、;/p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　//*****************延時(shí)子程序*******************</p><p>　　DELAY:MOVR6,#10 </p><p>　　D1:MOVR7,#250</p><p><

54、;b>　　DJNZR7,$</b></p><p>　　DJNZR6,D1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TABLE1: DB 06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ;數(shù)碼管顯示十六進(jìn)制數(shù)

55、 字形代碼</p><p>　　TABLE2: DW 64021,64103,64260,64400 ;音符代碼</p><p>　　DW 64524,64580,64684,64777</p><p>　　DW 64820,64898,64968,65030</p><p>　　DW 65058,65110,651