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1、1大 庆 石 油 学 院课 程 设 计2010 年 3 月 19 日课 程 单片机原理及应用课程设计 题 目 基于 51 单片机简易电子琴设计 院 系 电子科学学院 专业班级 电 信 06-5 班 学生姓名 学生学号 指导教师 2大庆石油学院课程设计任务书课程 单片机原理及应用课程设计题目 基于 51 单片机简易电子琴设计 专业 电子信息工程 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容：根据单片机课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计一个简易电子琴，以加深对单片机知识的理解，锻炼实践动手能力，为以后的毕业设计和工作打下坚实基础。2、基本要求：本设计以 MCS-51 系列单片机
2、为核心，采用常用电子器件设计。要求最少 8 个按键，每个按键对应一种音调，按下按键发声，松开按键后声音延迟一段时间后停止，即带余音的电子琴，延时时间可以设置，要求最少 8 个不同音调，可以采用标准的音调设计。3、主要参考资料：1 张毅坤，陈善久.单片微型计算机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002.2 张友德，赵志英，徐时亮.单片微机原理应用与实验.上海：复旦大学出版社，2000.3 伟福 Lab2000P 系列单片机仿真实验系统说明书.完成期限 2010.3.15-3.19 指导教师 专业负责人 32010 年 3 月 13 日第 1 章 概 述我们生活在一个信息时代，各种电子产
3、品层出不穷，作为一个计算机专业的学生，了解这些电子产品的基本组成和设计原理是十分必要的，我们学习的是计算机组成的理论知识，而课程设计正是对我们学习的理论的实践与巩固。本设计主要介绍的是一个用超高速硬件描述语言 VHDL 设计的一个具有若干功能的简易电子琴，其理论基础来源于计算机组成原理的时钟分频器。1.1 设计目的（1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。（2）熟悉 8051 单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。（3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相
4、关软硬件。（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。4第 2 章 系统设计2.1 简易电子琴设计方案设计一简易电子琴，要求能够发出 1、2、3、4、5、6、7 等七个音符。使用元件：AT89C51、LM324，喇叭，按键等1.能够实现基本的琴键功能即每按下一个琴键，单片机能够检测到键盘的按键，并根据按键的位置通过程序来控制，使蜂鸣器发著不同频率的声音，声音延迟延迟一段时间，等到按键放开后，声音停止。然后再继续扫描，看是否有键按下，如此循环下去，即实现基本的琴键功能。2.能够实现调节电子琴银色功能在键盘上设置功能键，通过按键选择不同的因素。3.能够
5、实现通过按键自动播放歌曲的功能在键盘上设置几个功能键，按下之后会根据功能键跳转到自动播放歌曲的程序，来播放相应的歌曲。2.2 系统的总框图振荡器分频器电源键 盘 放大器扬声器52.3 系统工作原理乐音实际上是有固定周期的信号。我们可以用 AT89C51 的一个定时器（如 T1）控制,在 P34 脚上输出方波周期信号,产生乐音。根据不同的按键,调节 T1 的溢出时间,可输出不同频率的乐音,这样就做出了一台微型电子琴。每个乐音的音高（频率）是固定的,表 1 列出了一个 8 度以及其上下共 16 个音的音名、频率及定时器 T1 初值对照（设晶体频率为 6MHz）音乐产生原理及硬件设计由于一首音乐是许
6、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。本次设计中单片机晶振为 12MHZ，那么定时器的计数周期为 1MHZ，假如选择工作方式 1，那 T 值便为 T= 216-5105/相应的频率 ，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，电子琴的具体工作原理图如下图所示。6简易电子琴的工作原理图第 3 章 硬件电路的设计由于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
7、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。本次设计中单片机晶振为 12MHZ，那么定时器的计数周期为 1MHZ，假如选择工作方式1，那 T 值便为 T= 216-5105/相应的频率 ，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，列出不同音符与单片机计数 T0 相关的计数值如下表所示：音符 频率（HZ） 简谱码（T 值）中 1 DO 523 64580中 2 RE 587 64684中 3 M 659 647
8、77中 4 FA 698 64820中 5 SO 784 64898中 6 LA 880 64968中 7 SI 988 65030采用查表程序进行查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：TABLE DW 64580，64684，64777，64820，64898，64968，650307第 4 章 软件设计4.1 程序流程图开始按键按下是否成功TO 初始化并开中断允放 TO 中断识别按键功能根据按键功能，装入音符 T 到 TO 中启动 TO 工作按键释放是否成功？停止 TO 工作TO 中断入口重装 THO，TLO 初值P1.0 取反中断返回8图 3.2
9、 简易电子琴的工作流程图4.2 程序设计说明4.2.1 对声音的控制对音调的控制：根据不同的按键，对定时器 T1 送入不同的初值，调节 T1 的溢出时间，这样就可以输出不同音调频率的方波。不同音调下各个音阶的定时器对音长的控制：先向定时器 T0 送入一个固定初值，控制中断循环的次数，从而得到成倍数关系的时间间隔。按一拍 0.64S 计算，取 1/16 拍为最小间隔，即0.04S，为此设定 T0 的初值为 63C0。乐谱的编码规则：对于每个音符，定义用 8 位二进制数表示。其中，最高位为 1 的字符为结束符，当读到最高位为 1 时，停止播放；低 3 位存储音阶码，即音阶表的列数，可为 000B1
10、11B (17 和休止符)，休止符表示停顿，不发音，只有时间长短属性；第 3 位和第 4 位存储音高码，即音阶表的行数，可为 00B10B；第 5 位和第 6 位存储音长码，即中断次数，可为 00B10B。4.2.2 对演奏的控制在手动演奏时，规定先按音调键，后按音阶键。每次音阶键按下时，调用键盘扫描子程序，获得键值，查询音阶表，获取定时器的计时初值，向喇叭输入相应频率的驱动脉冲，发出相应的声音，若按键没有松开，则一直发声；若按键松开，则停止发声。在自动演奏时，通过选曲键来确定要播放的音乐，根据键值查询曲目表获取所点歌曲的首地址，依次读取歌曲的代码，获得音阶、音调和音长信息，播放相应的音乐。当
11、读到结束符时，停止播放音乐。9第 5 章 总结通过一周的紧张工作，终于完成了简易电子琴的设计，这个课程设计使我受益匪浅，他使我了解了硬件设计的整个流程，并且加深了我对计算机组成原理这门的课内容的理解，通过这个课程设计，不仅使我了解了组成原理的脊髓，而且使我对单片机从陌生到初步理解，扩充的我的知识面。这个课程设计也培养了我们的耐心和毅力，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，由于这个课程设计也使我积累了一些经验，相信这些经验在我以后的学习工作中会有很大的作用。此课程设计也使我了解了单片机设计的方便灵活性，这是我们跨入计算机硬件行业很好的一次锻炼。10参考文献【1
12、】 单片微型计算机接口技术及应用 张淑清 姜万录等著编(国防工业出版社 2003年 1 月)【2】 8051 单片机实践与应用 吴金戌 沈庆阳 郭庭吉 编著(清华大学出版社 2001 年8 月)【3】 微型计算机原理与接口技术 冯博琴主编（清华大学出版社 2004 年 4 月）【4】 新颖实用电子设计与制作 张友汉主编（福建科学技术出版社 2000 年 1 月）【5】 C 语言程序设计教程（第二版） 谭浩强等著编（高等教育出版社）【6】 数字电子技术基础简明教程（第二版） 余孟尝主编11附录（一）硬件电路图：附录（二）源代码1. 方案一：产生按键音符ORG 0000HLJMP MAINORG
13、000BHLJMP BREAKMAIN: MOV TMOD,#01H ;设置定时器 0 的工作方式SETB EASETB ET0 ; 设置定时器 0 中断SETB TR0 ; 启动定时器 0WAIT1: LCALL KEY ; 调用 KEY 子程序，判断有键按下否？第几个键？CLR EA ;屏蔽中断12CJNE R3,#00H,WAIT1 ;如果 R3=0，表示有键按下MOV A,22H ;将 22H 里存放的按键号送给 ARL A ; 因为查表里都是字，所以得乘 2 查得数据MOV DPTR,#TABLE ;指向表头MOVC A,A+DPTR ; 查表MOV TH0,A ;将数据高位送 TH
14、0MOV 21H,A ; 将高位备份MOV A,22H ;将 22H 里存放的按键号送给 ARL A ;因为查表里都是字，所以得乘 2 查得数据INC A ;取低位数据MOVC A,A+DPTRMOV TL0,AMOV 20H,AWAIT2: LCALL KEYSETB EACJNE R3,#00H,WAIT1JMP WAIT2KEY: MOV R3,#00H ; KEY 子程序，判断有键按下否？第几个键？MOV R1,#0FFHMOV R0,#00HMOV A,R1MOV P2,AMOV A,P2CLR CCPL C ;利用标志位 CY 来判断是哪个键按下MOV R2,#08HWAIT3: RLC A ;移位判断JNC STOREINC R0 DJNZ R2,WAIT3STORE: MOV 22H,R0 ; 将按键号存 22H，R3=0 有键按下13MOV R3,#00HRETBREAK: PUSH ACC ; 中断产生方波，从 P1.0 口输出PUSH PSWMOV TL0,20HMOV TH0,21HCPL P1.0POP PSWPOP ACCRETITABLE: DW 65030,64968,64898,64820,64777,64684,645
