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1、单片机课程设计, 基于单片机的带存储播放功能的简易电子琴,091班 姓名: 指导老师: 尹海昌,摘要,音乐是由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来构成我们想要的音乐，本次的项目设计任务就是使用AT89C52单片机设计的电子琴，使它能够发出高低音的音乐效果。 即: 由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音调； 可随意弹奏想要表达的音乐； 可无数次存储自己弹奏的音乐。 另外，我还移植了挥着翅膀的女孩、同一首歌和两只蝴蝶进去，供读者随心所欲的播放。,操作说明,如图当按下任意矩阵键盘时，发出不同音调,数码管显示相应的数字； 当按下“调试播放”时，就会
2、把刚才发出的音调全部播放出来； 当按下“调试清零”时，系统自动把刚刚播放的音乐清除掉；即按下“调试播放”没调； 当按下“写入内存”时，写入指示灯亮，当灯灭时，表示写入完毕；即实现断电保持； 当按下“播放内存”时，读取并播放存储的音乐。 当按下“挥着翅膀的女孩”或“同一首歌”或“两只蝴蝶”时，即播放对应的音乐。,目录,摘 要 操作说明 一、系统框原理图 二、硬件系统的介绍 三、音乐产生的原理 四、数据存储的原理 五、单片机工作流程图 六、小结,一、系统原理框图,AT89C52,蜂鸣器,数码管,写入指示灯,4x4矩阵键盘,AT24C08,独立键盘,二、硬件系统的介绍,本设计的硬件系统主要包括三大部
3、分，分别由单片机系统、矩阵键盘系统和外部存储系统组成。 1.（At89c52）单片机系统的介绍； 2.（4 x 4）矩阵键盘系统的介绍； 3.（At24c08）外部存储系统的介绍；,1.（At89c52）单片机系统的介绍,目前社会上使用最为广泛的就是89c52系列的单片机。由于其价格低廉，硬件电路要求较低，稳定性高，程序设计及写入方便、简单，所以受广大学生及单位的青睐。,At89C52引脚图,At89c52各引脚功能,Vcc：电源+5 V。Vss：接地。 XTAL1、XTAL2：使用内部时钟时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。 P0口(3932) ：双向IO口，既可作地
4、址数据总线口用，也可作普通IO口用。 P1口(18) ：准双向通用IO口。 P2口(2128) ：准双向口，既可作地址总线，也可作普通IO口用。 P3口(1017) ：多用途端口，既可作普通IO口用，也可按每位定义的第二功能操作。 ALEPROG ：地址锁存信号输出端。在访问片外存储器时，ALE为有效高电平时，P0口输出地址低8 位，ALE信号作外部地址锁存器的锁存信号。 PROG是对8751的EPROM编程时的编程 脉冲输入端。 RSTVpd ：复位信号输入端。接通电源后，该脚出现两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平， 使内部复位。Vpd即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，Vpd
5、将为RAM提供备用 电源。 Vpp ：内部和外部程序存储器选择线(为0时访问外部）。在对8751的EPROM编程时，此引 脚接编程电压12.5 V。片外程序存储器选通信号，低电平有效。,89C52片内RAM区结构图,定时器的四种工作方式,1、方式的选择：根据M1，M0来选择。 00：方式0 01：方式1 10：方式2 11：方式3 2、主要特点： 方式0：13位定时器。 TH0的8位+TL0的低5位 方式1：16位定时器。 TH0的8位+TL0的8位 方式2：能重复置初始值的8位定时器 。 TL0和TH0必须赋相同的值。 方式3：只适用于定时器0，T0被拆成两个独立的8位定时器TL0,TH0。
6、 其中 ：TL0与方式0、1相同，可定时或计数。用定时器T0的GATE、C/T、TR0、TF0、T0、和INT0控制。 TH0只可用作简单的内部定时功能。占用T1的控制位TF1、TR1和INT1，启动关闭仅受TR1控制。,中断源和中断标志,89C52单片机有5个中断请求源，分别为： 1、2个外部输入中断源INT0(P3.2)和INT1(P3.3)； 2、2个片内定时器T0和Tl的溢出中断源TF0(TCON.5)和TF1(TCON.7)； 3、l个片内串行口发送或接收中断源TI(SCON.1)或RI(SCON.0)。,中断地址,0003H000AH 外部中断0中断地址区 000BH0012H 定
7、时/计数器0中断地址区 0013H001AH 外部中断1中断地址区 001BH0022H 定时/计数器1中断地址区 0023H002AH 串行口中断地址区,2.（4 x 4）矩阵键盘系统的介绍,本设计主要用At89c52单片机的P2口对键盘进行动态扫描，利用8个脚控制16个按键，不同按键发出不同的音调。下面，主要讲解（4x4）矩阵键盘是如何工作的。,16个音调的按键,利用行列扫描的方法，检测所按的键的位置。即：先定义P247是行扫描，P203是列扫描。然后给P24=0， P257=1。系统就在第一行扫描，当按下第一个按键，系统就会检测到P24=P20=0，所以系统就捕捉到第一个按键备按下；当按
8、下第二个按键，系统就会检测到P24=P21=0接着给P247=1 ，P25=0。系统扫描到第二行，当，当按下第一个按键，系统就会检测到P25=P20=0，当按下第二个按键，系统就会检测到P25=P21=0 ，依次类推。（该程序请看下页）,第一行的扫描：,P2=0 xef; /赋给P24一个低电平 temp=P2; /把捕捉到的信号赋给一个变量 temp=temp /第四列有键按下 其余三行的扫描略同,3.（At24c08）外部存储系统的介绍,为了让电子琴有存储功能，我另外附加了一个At24c08供单片机存储数据，使其掉电后数据不会丢失。At24c08有1k字节，采用I2C总线协议，操作方便，稳
9、定性高。,AT24C08引脚图,AT24C08与单片机的接线图,图上只有2个单片机控制的引脚（即I2C总线的一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL），及一个读写保护管脚。其他引脚除了VCC接5v以外，默认接地。A0A2为地址码。,AT24C08工作原理,I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号：开始信号、停止信号和应答信号。 开始信号：SCL保持高电平的状态下，SDA出现下降沿。出现开始信号以后，总线被认为“忙”。 停止信号：SCL保持高电平的状态下，SDA出现上升沿。停止信号过后，总线被认为“空闲”。 应答信号：接收数据的器件在接收到8位数据后，向发送数据的器件发出特定的低电平脉冲，表示
10、已收到数据。 总线空闲：SCL和SDA都保持高电平。 总线忙：在数据传送开始以后，SCL为高电平的时候，SDA的数据必须保持稳定，只有当SCL为低电平的时候才允许SDA上的数据改变。,1.初始化数据线 void i2c_init() sda=1; delay(); scl=1; delay(); 2.开始信号 void i2c_start() sda=1; delay(); scl=1; delay(); sda=0; delay();,3.停止信号 void i2c_stop() sda=0; delay(); scl=1; delay(); sda=1; delay(); 4.应答信号 v
11、oid i2c_respons() uchar i; scl=1; delay(); while(sda=1),数据传送格式：字节传送与应答,4.读一个字节即8位数据 uchar i2c_read_byte( )/一位一位读数据 uchar i,k; scl=0;delay();sda=1;delay(); for(i=0;i8;i+) /一位一位的接收8次赋给k scl=1;delay();k=(k1)|sda;scl=0;delay(); return k; /返回一个8位长度的数据 5.写一个字节即8位数据 void i2c_write_byte(uchar date) uchar i,
12、temp;temp=date;/数据赋给变量 for(i=0;i8;i+) /一位一位的发送8次给sda temp=temp1; scl=0; delay(); sda=CY; delay(); scl=1; delay(); scl=0; delay(); sda=1; delay();,数据传送格式：字节传送与应答 每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。,数据写入,void i2c_write_add(uchar address,u
13、char date) i2c_start();/发送起始信号 i2c_write_byte(0 xa0);/写入一个字节a0为器件地址以及为写操作 i2c_respons();/发送应答信号 i2c_write_byte(address);/发送数据存储地址 i2c_respons();/再发送应答信号 i2c_write_byte(date);/发送数据 i2c_respons();/再发送应答信号 i2c_stop();/发送终止信号，表示数据写入操作结束 如图写入字节A0的A就是图上的高4位 1010，而A2A0为器件地址，最后一位 为读写操作位，低电平写，高电平读。,数据读出,ucha
14、r i2c_read_add(uchar address) uchar date; i2c_start(); i2c_write_byte(0 xa0); i2c_respons(); i2c_write_byte(address); i2c_respons(); i2c_start(); i2c_write_byte(0 xa1); i2c_respons(); date=i2c_read_byte(); i2c_stop(); return date; ,数据的读出与写入大同小异，我就不一一列出来，但是在读数据之前，也得写入一位字节，告诉系统要读哪个存储区域的数据。然后一位一位的读出一个字
15、节的数据，再赋给一个变量。这就实现了掉电存储功能，但是要在掉电前把数据写入AT24C08内，这样，即使掉电数据也不会丢失。,三、音乐产生原理,一首音乐是由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定时/计数器T0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。现在以单片机12MHZ晶振为例，例出高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示,16个按键对应的值,下面这个音符的表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据，低音07
16、之间，高音在815 之间 64021,64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,音乐的产生,spreak=spreak; P0=tablekey-1; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp spreak对应的是蜂鸣器，当检测到有键按下时，蜂鸣器响，把初值的高低位分别赋给T0，TR0值1中断响应，并打开定时器T0开始减数，当T0的值减到0时产生溢出，并蜂鸣器不响。同时主程序检测按键是否被松开，若真，即关闭定时器T0。就此，实现了装初值改变频率从而产生音调。,void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=STH0; TL0=STL0; spreak=spreak; ,四、数据的存储原理,本次设计中，我设计了两种存储方式，一种是直接存储在数组里，另一种是从数组把数据复制给外部存储器，从而实现掉电存储功能。下面我们来分析数据存储的原理：,直接存储在数组里,if
