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1、简易电子琴助教器课题意义： 伴随着电子信息技术的快速发展，越来越多电子产品也已经走进我们日常生活中，这些产品也它们独特的优势开始逐步替代其它产品。这些电子产品往往价格低廉、应用方便，很容易为使用者接受。考虑到现在要求人才发展的全面性以及精神文化生活的需求，音乐学习已成为很多小孩以及学生的一种追求，基于此我们设计了一款功能完备、应用简单、价格实惠的电子琴，以满足社会的需要。设计方案：方案一：利用PLC来完成设计。目前利用PLC的技术已经比较成熟。PLC有其优点，其性能优异，体积小，可靠性和精度比较好，在电子琴的设计中可采用PLC来完成硬件的控制，但是用PLC实现编程比较复杂，对于电子琴这种小型设
2、计来说成本过高。方案二：采用EDA技术来完成设计。EDA是电子设计的发展趋势，利用EDA工具可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作。应用范围已涉及多个领域，对于电子琴的设计可以运用不同的分频器来对信号进行不同程度的分频，但由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素。方案三：用单片机来完成设计。可用AT89C52单片机通过ZLG7289A的扩展控制键盘的和数码管来实现。目前单片机的体积小功能强、价格低廉，集成度日益增高且控制比较容易，因而得到广泛应用。因此利用单片机的设计可以克服其他方案中的问题，本设计就采用第三种方案。系统设计：1、 总体设
3、计 本设计以AT89C52单片机为核心，通过ZLG7289A来扩展外接键盘和LED数码管。声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线不断的输出“高”“低”电平，则在该口线上就能产生一定频率的方波，将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出波形的频率，从而改变音调。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音。本系统就是根据此原理设计，对于AT89C52单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时
4、间再输出低电平，如此循环的输出就会产生一定频率的方波，通过改变延时的时间就可以改变输出方波的频率，而单片机延时主要有两种方法：第一种方法是使用循环语句来实现延时，让单片机循环的执行某条指令然后根据单片机每条指令运行的时间以及循环的次数来计算延时时间。第二种方法是使用单片机的定时计数器延时。AT89C2051单片机内部有两个16位的定时计数器T0和T1，单片机的定时计数器实际上是个计数装置它既可以对单片机的内部晶振驱动时钟计数也可以对外部输入的脉冲计数，对内部晶振计数时称为定时器，对外部时钟计数时称为计数器。当对单片机的内部晶振驱动时钟计数时，每个机器周期定时计数器的计数值就加1，当计数值达到计
5、数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU；对外部输入的时钟信号计数时，外部时钟的每个时钟上升沿定时计数器的计数值就加1，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU。因此，如果知道单片机的机器周期或者外部输入时钟信号的周期，单片机就可以根据定时器的计数值计算出定时的时间。用此方法定时十分准确，想得到多大的延时时间就可以给定时器赋一定的计数初值，定时器从预先设置的计数初值开始不断增1当增加到计数最大值时计数完毕，调整计数初值的大小就可以调整定时器定时的时间，从而达到准确的延时。本系统中就采用第二种方法通过定时/计数器延时。2、 硬件设计AT89C52单片机：AT89C52是51系列单片机的
6、一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以
7、在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。ZLG7289A是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多大64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。ZLG7289A内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并具有2种译码方式，此外，还具有多种控制命令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。ZLG7289A具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。程序设计中将ZLG7289A封装成头文件形式
8、，通过子程序调用即可达到程序开发目的，使用非常方便。电路连接图：3、 软件设计(一)定时计数器的工作方式及控制字特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定时器的方式控制寄存器。图2为TMOD寄存器的内部结构，图3为TCON寄存器的内部结构。TMOD和TCON是寄存器的名称，我们在写程序时就可以直接用这个名称来指定它们，当然也可以直接用它们的地址89H和88H来指定它们。用于T1用于T0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0图2 TMON用于定时/计数器用于中断TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0图3 TCON单片机定时计数器有四种工作方式，方式0、方式1、方式2、方式3，除方式3
9、外，T0和T1有完全相同的工作状态1工作方式0定时器，计数器的工作方式O称之为13位定时计数方式。它由TL(10)的低5位和TH(0/1)的8位构成13位的计数器，此时TL(10)的高3位未用。对于定时器的工作模式可以根据定时器的寄存器TMOD来设置：M1M0：定时计数器共有四种工作方式，就是用M1M0来控制的，2位正好是四种组合。CT：定时计数器即可作定时用也可用计数用，如果C/T为O就是用作定时器(开关往上打)，如果CT为1就是用作计数器(开关往下打)。一个定时计数器同一时刻要么作定时用，要么作计数用，不能同时用的。GATE：当我们选择了定时或计数工作方式后，定时计数脉冲却不一定能到达计数
10、器端，中间还有一个开关，显然这个开关不合上，计数脉冲就没法过去，那么开关什么时候过去呢?有两种情况GATE=0，分析一下逻辑，GATE非后是1，进入或门，或门总是输出1，和或门的另一个输入端INT1无关，在这种情况下，开关的打开、合上只取决于TR1，只要TR1是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果TR1等于0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时计数是否工作，只取决于TR1。GATE=1，在此种情况下，计数脉冲通路上的开关不仅要由TR1来控制，而且还要受到INT1引脚的控制，只有TRl为1，且INT1引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲才得以通过。这个特性可以用来测量一个信号的高电平的
11、宽度。2工作方式1工作方式1是16位的定时计数方式，将M1M0设为01即可，其它特性与工作方式0相同。3：工作方式28位自动装入时间常数方式。由TL1构成8位计数器，TH1仅用来存放时间常数。看图5所示，每当计数溢出，就会打开T(0/1)的高、低8位之间的开关，计预置数进入低8位。这是由硬件自动完成的，不需要由人工干预。通常这种式作方式用于波特率发生器，用于这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。计数溢出后不需要做事情，要做的仅仅只有一件，就是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不要任何延迟，可见这个任务用工作方式2来完成是最妙不过了。4工作方式32个8位的计数器，只适合于定时器0。这种式
12、作方式之下，定时计数器0被拆成2个独立的定时计数器来用。其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，而THO则只能作为定时器来用。我们知道作定时、计数器来用需要控制位TR0，计满后溢出需要有溢出标记TF0。T0被分成两个来用，那就要两套控制及溢出标记，TLO还是用原来的T0的标记，而TH0则借用T1的标记。如此T1就无标记、控制可用因此一般只有在T1以工作方式2运行(当波特率发生器用)时，才让T0工作于方式3的。(二)定时器计数器的定时计数范围工作方式O：13位定时计数方式，因此，最多可以计到213，也就是8192次。对于12MHz的晶振，单片机的机器周期是1us。则工作方式0最大定时
13、时间是8.192us。工作方式1：16位定时计数方式，因此，最多可以计到216，也就是65536次。对于12MHz晶振,工作方式1最大定时时间是65536s。工作方式2和工作方式3，都是8位的定时计数方式，因此，最多可以计到28，也说是256次。对于12MHz晶振,工作方式1最大定时时间是256s。计数初值的计算方法：用最大计数量减去需要的计数次数即可。例：如果T0运行于定时状态，单片机的晶振是12MHz，要求定时lOOus，那么定时器要计100个机器周期，当TO工作在工作方式O时计数初值应该是8192100=8092；工作在方式1时的计数初值应该是65536-100=65436；工作在方式2
14、，3时的计数初值应该是256100=156。音符和音拍与单片机定时器/计数器T0的对应关系：音乐的音符利用单片机的定时器/计数器T0产生不同频率的方波信号，设单片机的晶振频率为12MHz，则高、中、低音符于单片机定时器/计数器T0的数值对应关系如下表所示：音符频率（Hz）数值音符频率（Hz）数值音符频率（Hz）数值低1DO26263628中1DO52364580高1DO104665058#1DO#27763731#1DO#55464663#1DO#110965085低2RE29463835中2ER58764684高2RE117565110#2RE#31163928#2ER#62264732#2
15、RE#124565134低3M33064021中3M65964777高3M131865157低4FA34964103中4FA69864820高4FA139765178#4FA#37064185#4FA#74064860#4FA#148065198低5SO39264260中5SO78464898高5SO156865217#5SO#41564331#5SO#83164934#5SO#166165235低6LA44064400低6LA88064968高6LA176065252#6LA#46664463#6LA#93264994#6LA#186565268低7SI49464524中7SI98865030高7SI196765283音乐的节拍利用单片机的定时器/计数器T
