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1、 课程设计报告课程名称： 微机原理课程设计 题 目： 简易电子琴 学 院： 环境与化学工程 系：过程装备与测控工程 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 测仪xxx班 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 2013-12-272013-1-6 指导教师： - 2 -摘要单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等的优点，故广泛应用于国民经济的各个领域目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可
2、靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器,使用经典的MCS-51内核。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。单片机又称微控制器，其中最基本的结构是将CPU和计算机外围功能单元，如储存器、I/O口、定时器/
3、计数器、中断系统等集成在一个芯片上构成的。一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的延时来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。本设计采用STC89C52芯片组成的最小系统，结合四位共阴数码管，八位独立按键，以及一位无源蜂鸣器构成的简易电子琴。通过软件设置，使系统达到，按下控制按键，蜂鸣器发出Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H，八个简单的音调，同时数码管显示相应按键的标号，达到简易电子琴系统功能的实现
4、。关键词：STC89C51，简易电子琴，共阴数码管，独立按键目 录一、设计任务、要求- 1 -1.1、设计任务：- 1 -1.2、设计要求：- 1 -二、方案总体设计- 1 -2.1、显示模块- 1 -2.2、按键模块- 1 -2.3、蜂鸣器音阶产生模块- 1 -2.4、总体设计：- 2 -三、 硬件设计- 2 -3.1、最小系统- 2 -3.1.1、时钟信号的产生- 2 -3.1.2、复位电路- 3 -3.2、数码管显示模块- 3 -3.2.1、数码管引脚图- 3 -3.2.2、数码管连线电路- 4 -3.3、矩阵键盘- 4 -3.4、蜂鸣器电路- 5 -3.5、整体电路- 5 -四、 程序
5、流程图- 6 -五、系统仿真与调试- 7 -5.1、仿真软件简介- 7 -5.2、调试与仿真过程图- 7 -5.3、实物图- 8 -5.4、使用说明- 10 -六、总结、心得体会- 12 -七、 参考文献- 13 -附录- 14 - 15 -一、设计任务、要求1.1、设计任务：利用52单片机最小系统，共阴数码管，无源蜂鸣器以及独立按键，设计实现可发出八个基本音阶的简易电子琴系统。1.2、设计要求：1、蜂鸣器可发出八个简单音阶。2、八位独立按键分别控制不同的音阶产生。3、四位数码管依据所按按键，在不同的数码管上显示不同的数字。4、通过按键实现系统复位。二、方案总体设计本次设计简易电子琴，通过ST
6、C89C52芯片最小系统控制电路，以八位独立按键控制，蜂鸣器产生八个不同的音阶，四位共阴数码管显示不同的数字，独立按键控制复位。系统编程采用Keil c软件，电路图设计以及PCB板绘制使用Altium designer软件，仿真调试使用ISIS软件实现。将不同模块结合起来，实现简易电子琴的设计。2.1、显示模块本设计采用四位数码管显示，每位数码管分别由八位发光二极管组成。数码管可分为共阴和共阳两种，通过不同的位选操作驱动不同的数码管显示，再通过不同的段选点亮不同的发光二极管，达到显示不同数字的功能。2.2、按键模块八位独立按键，通过P2口控制音阶的产生和数码管显示，按下响应的键产生设定的声音点
7、亮对应的数码管。2.3、蜂鸣器音阶产生模块蜂鸣器可分为两种，分别为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器注意，这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K5K的方波去驱动它有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。无源蜂鸣器的优点是：1。便宜2。声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果3。在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐
8、的乐曲。(1)单片机产生不同频率脉冲信号的原理：要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器或延时函数计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。例如：要产生1KHZ的频率，则半周期为0.5ms，则P35所送出的信号中，0.5ms为高电平，0.5ms为低电平。若0.5ms高电平与0.5ms为低电平为一组信号（总共1ms），连续送出100组，则可得到1KHZ的声音约0.1s:停止输出0.1s之后，在连续送出100组高低电平，则可听到“哔，哔”两声。
9、通过改变频率，控制产生不同的方波，就可以产生不同的音阶。使用无源蜂鸣器，通过内部程序延时产生不同频率的方波，使蜂鸣器产生八个基本的音阶Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H。l 按键与参数的对照表按键音阶参数S1中音Do115S2中音Re102S3中音Mi91S4中音Fa86S5中音So77S6中音La68S7中音Si61S8高音Do57 图2-1音阶参数对应图2.4、总体设计：设计总体框架图如图2-1所示。 图 2-2总体框架图3、 硬件设计 3.1、最小系统3.1.1、时钟信号的产生89C52芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端
10、为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图3-1所示。图3-1晶振电路3.1.2、复位电路复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图3-2所示。图3-2复位电路3.2、数码管显示模块3.2.1、数码管引脚图图3-3四位八段共阴极数码管3.2.2、数码管连线电路本设计中是用P1口低四位接1k的电阻控制数码管的位选，用P0口接1k的上拉排阻控制数码管的段选。连线电路图：图3-4数码管连线电路图3.3、矩阵键盘本设计采用八位独立按键，通过P2口控制，按键序号及接线图如下图所示：图3-5独立键盘连线电路图3.4、蜂鸣器电路本课程设计
11、使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器，通过程序控制产生不同频率的方波送给蜂鸣器，驱动蜂鸣器蜂鸣器发出相应频率的声音，驱动电路如下图所示：图3-6蜂鸣器连线电路图3.5、整体电路 图3-7整体电路图 图3-8 PCB电路图4、 程序流程图程序流程图如4-1所示 图4-1程序流程图五、系统仿真与调试5.1、仿真软件简介本次设计使用Proteus ISIS仿真软件进行调试。P r o t e u s I S I S是英国L a b c e n t e r公司开发的电路设计、分析与仿真软件，功能极其强大。该软件的主要特点是： 集原理图设计、仿真分析（I S I S) 和印刷电路板设计（A R E S) 于一身。可
12、以完成从绘制原理图、仿真分析到生成印刷电路板图的整个硬件开发过程。 提供几千种电子元件（分立元件和集成电路、模拟和数字电路）的电路符号、仿真模型和外形封装。 支持大多数单片机系统以及各种外围芯片（R S 2 3 2动态仿真、I 2 C调试器、S P I调试器、键盘和 L C D系统仿真等）的仿真。 提供各种虚拟仪器，如各种测量仪表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。过去需要昂贵的电子仪器设备、繁多的电子元件才能完成的电子电路、单片机等实验，5.2、调试与仿真过程图 图5-1仿真调试图5.3、实物图第 一 位 数 码 管 按键模块四位共阴数码管显示模块按键复位模块蜂鸣器模块 图5-2实物图 图5
13、-4实物调试图5.4、使用说明按键分布图图5-5按键分布按下0号键，蜂鸣器发出Do的音阶，第一位数码管显示0；按下1号键，蜂鸣器发出Re的音阶，第二位数码管显示1；按下2号键，蜂鸣器发出Mi的音阶，第三位数码管显示2；按下3号键，蜂鸣器发出Fa的音阶，第四位数码管显示3；按下4号键，蜂鸣器发出So的音阶，第一位数码管显示4；按按下5号键，蜂鸣器发出La的音阶，第二位数码管显示5；按下6号键，蜂鸣器发出Si的音阶，第三位数码管显示6；按下7号键，蜂鸣器发出Do-H的音阶，第一位数码管显示7；六、总结、心得体会在这次课程设计中，由刚开始时的手足无措不知从何下手，到过程中电路设计，程序编写，调试模拟，腐蚀电路板，做出实物，实物调试。一步一步收获了很多。刚开始的几天，面
