单片机实训报告(电子琴的设计和实现)

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1、单片机原理及应用单片机原理及应用综合课程设计综合课程设计电子琴的设计与实现电子琴的设计与实现学生姓名：学生姓名： 张三、 李四、 王五、 陈曦 指导教师指导教师： 张辉 所所 在在 系：系： 电子信息系 所学专业：所学专业： 网络工程 年年 级级： 2013 级 201 5 年 12 月1目录序论2 1、课程设计总体说明3 1.1 设计要求3 1.2 设计方案3 1.2.1 播放模块.3 1.2.2 按键控制模块3 1.2.3 录音模块.3 1.3 设计分析3 1.3.1 概述.3 1.3.2 硬件框图.4 1.4 设计目的4 2、系统概要4 2.1 扬声器4 2.2 AT89C51 单片机5

2、 2.2.1 简介.5 2.2.3 管脚说明：.5 2.3 ISD1820 录放音芯片6 2.3.1 主要特性.6 2.3.2 封装图.6 2.3.3 引脚介绍：.6 3、系统实现7 3.1、电子琴实现功能流程图.7 3.2、软件各模块内容.7 3.2.1 键盘扫描程序：.7 3.2.2 功能转移程序：.8 3.2.3 琴键处理程序：.9 3.2.4 录音程序：.9 4、仿真调试12 5、硬件调试13 5.1 总实物图13 5.2 电子琴的设计与实现13 6、心得体会14 参考文献152序论序论课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学

3、生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用 AT89c51 单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片

4、机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有 16 个按键和扬声器。本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述简易电子琴的设计。31 1、课程设计总体说明、课程设计总体说明1.11.1 设计要求设计要求电子琴设有 8 个按键，其中 7 个作为音符输入，实现1、2、3、4、5、6、7 发音，另外 1 个作为模式转换按键，实现用户作曲。7 个按键分别代表 7 个音符，包括中音段的全部音符。通过

5、软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现自编歌曲。当需要取消电子琴编曲功能时，再次按下模式转换按键引起外部中断即可退出电子琴功能而返回到原来音乐播放处。1.21.2 设计方案设计方案1.2.11.2.1 播放模块播放模块播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪音，音效效果良好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。1.2.21.2.2 按键控制模块按键控制模块电子琴设有 8 个按键，其中 7 个作为音符输入，实现1、2、3、4、5、6、7 发音，另外 1 个作为模

6、式转换按键，实现用户作曲。1.2.31.2.3 录音模块录音模块录音模块通过 ISD1820 录放音芯片，通过高低电平转换实现录音。1.31.3 设计分析设计分析1.3.11.3.1 概述概述 系统初始化后，进入按键扫描函数。当检测到按键被按下时，判断是 1 到47 按键还是 8 按键，若是 1 到 7 按键被按下则启动定时器 T1，按照音阶所对应 的周期初始值数组表中的初值，输出方波信号； 发出 1、2、3、4、5、6、7 的音符。 1.3.21.3.2 硬件框图硬件框图 单片机电子琴电路由 AT89C51 芯片、复位电路、时钟电路、键盘电路和发 音电路 5 个部分组装成，各部分有自己独立的

7、功能，单路总框图如下：1.41.4 设计目的设计目的 打造一个多功能电子琴，核心是一块单片机。单片机读取键值，为内置定 时器赋初值，定时器每溢出一次，高低电平转换一次，产生相应频率的方波， 即高低音调。并且通过 ISD1820 录放音芯片可以实现自动录音，放音。2 2、系统概要、系统概要2.12.1 扬声器扬声器扬声器是一种把电平转变为声信号的换能器件，扬声器和性能对音质的高低音 响很大。扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式、静电式、电磁式、 压电式等几种，按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器。在本次试验中使 用电磁式扬声器，软件是该电子琴控制系统的重要部分。下图为扬声器实物图。52.

8、22.2 AT89C51AT89C51 单片机单片机2.2.12.2.1 简介简介 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗 称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非 易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由 于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组合在

9、单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一 种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入 式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。 2.2.22.2.2 特性特性 现在 AT89S51/52 已经取代了 AT89C51/52。AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定 时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及 时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选

10、 的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行 通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作 并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.2.32.2.3 管脚说明：管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0

11、 外部必须接上拉电阻。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，6P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外

12、部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此 引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 简图：6 2.32.3 ISD

13、1820ISD1820 录放音芯片录放音芯片 2.3.12.3.1 主要特性主要特性 a.自动节电，维持电流 0.5uA b.边沿/电平触发放音 c.外接电阻调整录音时间 d.3v 单电源工作 2.3.22.3.2 封装图封装图72.3.32.3.3 引脚介绍：引脚介绍： 电源(VCC)：芯片内部的模拟和数字电路使用的不同电源总线在此引脚汇合， 这样使得噪声最小。去耦合电容应尽量靠近芯片。 地线(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。录音(REC)：高电平有效，只要 REC 变高(不管芯片处在节电状态还是正在 放音)，芯片即开始录音。录音期间，REC 必须保持

14、为高。REC 变低或内存录满 后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志(EOM)，使以后的重放操作 可以及时停止。然后芯片自动进入节电状态。 边沿触发放音(PLAYE)：此端出现上升沿时，芯片开始放音。放音持续到 EOM 标志或内存结束，芯片自动进入节电状态。放音后，可以释放 PLAYE。 电平触发放音(PLAYL)：此端从低变高时，芯片开始放音。持续至此端回到 低电平或遇到 EOM 标志，或内存结束。放音结束后自动进入节电状态。3 3、系统实现、系统实现3.13.1、电子琴实现功能流程图、电子琴实现功能流程图83.23.2、 软件各模块内容软件各模块内容3.2.13.2.1 键盘扫描程

15、序键盘扫描程序：检测是否有按键按下，有按键按下则记录按下键的键值，并跳转至功能转移程序；无按键按下，则返回键盘扫描程序继续检测。9START:MOV R0,P2CJNE R0,#0FFH,KEY1;键盘扫描CLR TR0SJMP STARTKEY1:CJNE R0,#0FEH,KEY2;k1 键按下SETB P0.0MOV 30H,#0FBH ;设置音阶 1MOV 31H,#0E9HLJMP SET_TIMER说明：K2 到 K8 键的程序与 K1 类似3.2.23.2.2 功能转移程序功能转移程序：对检测到的按键值进行判断，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功能键则跳转至相应的功能程序，我们设计的功能程序有三种，即音色调节功能、播放101、2、3、4、5、6、7、音符和录音的功能。基于 AT89C51 的屏幕声光式可录音电子琴设计报告。SET_TIMER:SETB TR0;发声SJMP STARTNOKEY:CLR TR0;无键按下SJMP START3.2.33.2.3 琴键处理程序琴键处理程序：根据检测到的按键值，使发出相应频率的声音。3.2.43.2.4 录音程序录音程序：检测到按键按下的是录音功能键后执行该程序，跳转到键盘扫描程序，检测是否有键按下，有按键按下则记录按下键值，根据检测到的按