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1、武夷学院单片机原理与应用课程设计报告基于AT89S52的简易电子琴院 系 ：机电工程学院专业（班级）：xx电子信息工程（x）姓 名：xxx学 号:xxxxxxxxxxx指导教师：xxxx职 称：讲师完成日期： 2013 年 12月 20 日目 录1 设计任务- 1 -2 系统设计方案- 1 -2.1 设计目的- 1 -2. 2设计要求- 1 -3 系统硬件设计- 1 -3.1 基本原理- 1 -3.2 芯片及原理图介绍- 3 -3.2.1 AT89C52简介- 3 -3.2.2 电子琴设计的原理图- 3 -3.3 各个模块介绍- 3 -3.3.1 系统硬件设计- 4 -3.3.2 子系统模块一
2、- 4 -3.3.3 子系统模块二- 5 -3.3.4 子系统模块三- 5 -3.3.5 AT89C52晶振模块- 6 -4 系统软件设计- 6 -4. 1 软件设计总流程图流程- 7 -4. 2 软件程序- 8 -5 系统的硬件调试及软件调试- 8 -5.1 软件调试- 8 -5、2 硬件调试- 9 -6 课程设计心得体会- 10 -参 考 文 献- 11 -附录1 源程序- 12 -附录2 仪器清单- 16 -附录3 系统原理图- 17 - / 文档可自由编辑打印简易电子琴1 设计任务实现电子琴发声控制系统；要求电路实现如下功能：利用蜂鸣器作为发声部件，两个数码管作为显示部件，设置16个按
3、键，实现高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7的发音。用PROTEUS实现的电子琴仿真设计。说明：单片机的工作时钟频率为11.0592MHz。2 系统设计方案2.1 设计目的本次设计提出了用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个简易的电子琴. 本方案以AT89C52单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器等模块组成核心主控制模块在主控模块上设有4*4个按键和蜂鸣器。根据使用者的操作随意弹奏想要表达的音乐。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定
4、时/计数器T0来产生这样方波频率信号。2. 2设计要求1、4*4键盘组成16个按钮，可以随意弹奏想要表达的音乐。2、通过数码管显示按的是哪个键，发出哪个音高。3 系统硬件设计 3.1 基本原理 要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P3.3反相，然后重复计时再反相。就可在P3.3引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C52的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令计数器计时95
5、6s/1s956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式是：Nfi2fr，式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。其计数初值T的求法如下：T65536N65536fi2fr例如：设K65536，fi1MHz，求中音DO（261Hz）。T65536N65536fi2fr6553610000002fr65536500000/fr，中音DO的T65536500000/52364580。 单片机12MHZ晶振，中音符与计数T0相关的计数值如表所示：音符频率（HZ）简谱码（T值） 音符频率（HZ
6、）简谱码（T值）低1DO26263628# 4 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030# 4 FA#37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400 # 2 RE#124565134# 64666446
7、3高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283用单片机播放音乐，或者弹奏电子琴，实际上是按照特定的频率，输出一连串的方波。为了输出合适的方波，首先应该知道音符与频率的关系。3.2 芯片及原理图介绍3.2.1 A
8、T89C52简介 AT89C52（图1-1）为8位低功耗单片机，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和GND（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能
9、用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）定义为双向8位三态I/O接口，它既可以作为通用I/O接口，又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口；P1端口（18脚）定义为准双向I/O接口，内部具有上拉电阻；P2端口（2128脚）定义为8位准双向I/O接口，内部具有上拉电阻，可直接连接外部I/O设备，同时与地址高8位复用；P3端口（1017）定义为8位准双向I/O接口，内部具有上拉电阻，它是双功能复用口，每个引脚可驱动4个TTL负载。 图1-1 AT89C52 3.2.2 电子琴设计的原理图（见附录） 3.3 各个模块介绍本系统采用单片机AT89C52为电子琴的控制核心，
10、系统主要包括按键弹奏模块，数码管显示模块。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。3.3.1 系统硬件设计 按键控制模块 键盘弹奏按键发声 蜂鸣器中心控制模块 AT89C52停止键 开始键 播放键 音乐播放 蜂鸣器图2-1 总体硬件组成框图实验中每按下一个琴键，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，使喇叭发出不同频率（音调）的声音，声音延迟一段时间，等到按键放开之后，声音停止。然后再继续扫描,看是否有键按下。如此循环，即可实现基本的琴键功能。3.3.2 子系统模块一琴键模块如图2-2所示，利用AT89C52单片机的P1端口及P2端口与键盘（图2-2 a）、数码管（图2-2
11、b）的连接。 图2-2（a) 单片机与键盘的连接 图2-2 （b)单片机与数码管的连接3.3.3 子系统模块二播放模块是蜂鸣器构成。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 图2-3 发声模块电路图 3.3.4 子系统模块三电子琴设有16个按键，分别代表16个音符，包括中音段的全部音符。通过
12、软硬件设计，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，实现各种琴键的声音。矩阵键盘模块图如下： 图2-4 矩阵键盘模块3.3.5 AT89C52晶振模块 XTAL1脚为片内振荡电路的输入端，XTAL2脚为片内振荡电路的输入端。8952的时钟有两种方式：一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（频率为1.212MHZ）和振荡电容，振荡电容值一般取1030pf,典型值为30pf；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。下面为方式一电路图。 图2-6 晶振模块4
13、 系统软件设计软件是该电子琴控制系统的重要组成部分，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。KEIL C51 Vision2集成开发环境是KEIL Software，Inc/KEIL electronik GmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。4. 1 软件设计总流程图流程4. 2 软件程序本系统的上位机软件主要是编辑电子琴播放状态的内容，在设计中采用C语言编写了电子琴控制系统控制和播放内容的程序。见附录一。5 系统的硬件调试及软件调试5.1 软件调试。利用protuse与keil联调，对电路原理图进行仿真。当按下K0按键的时候，数码管显示如下，同时，蜂鸣器发出音乐的（音高）。 当按下K6按键的时候，数码管显示如下，同时，蜂鸣器发出音乐（音高。）5、2 硬件调试。将焊接好的硬件接到电源上
