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1、微型计算机课程设计课程设计课程名称微型计算机课程设计题目名称简易电子琴课程设计报告专业班级11电子信息科学与技术3班学生姓名吴俊学号51102023001指导教师谢春祥 2 微型计算机课程设计目录第1节引言41.1单片机发音概述41.1.1 音调41.1.2节拍71.1. 3单片机演奏音乐的方法81. 2本次设计的任务和主要内容8第2节系统的主要硬件电路的设计92.1 单片机控制系统原理92.1.1芯片的选用 92.1.2简易电子琴的组成框图 102.2单片机主机系统电路112. 2.1时钟频率112. 2.2晶振电路 112.2.3键盘扫描122. 2.4发音电路142. 2.5供电及复位电
2、路 14第3节系统的软件设计16程序16第4节结束语28参考文献39基于AT89C51单片机的简易电子琴第1节引言随着生活水平的提高，在放松自己的同时乂能提高各个方面的能力。学习和 欣赏音乐可以在使人们得到放松的同时，提高人们的精神品质和个人素养。当代, 爱好音乐的年轻人越来越多，有不少人自己练习弹奏乐器，作为业余爱好和一种 放松的手段，鉴于一些乐器学习难度大需要太多的学习时间，且其价格乂太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃这种想法。而一些简易的电子乐器 价格相对便宜，学习上手快，价格相对便宜，一般人容易负担的起，能够满足一 般爱好者的需求。故简易电子乐器的研制具有一定的社会意义。本
3、次课程设计主 要研究基于AT89C52单片机的16键简易电子琴的设计。1.1单片机发音概述由于单片机的强大功能，除了在测试控制领域中有着广泛的应用外，还有一 些而有趣的应用。比如，使用单片机可以驱动蜂鸣器或者扬声器发出声音，还可 以控制其发出不同的声调，从而连接起來构成一个曲子。目前，市场上有很多种音乐模块或者音乐芯片，可以直接产生各种曲子。但 是，这种模块价格比较昂贵，电路结构比较复杂。如果系统中仅需要产生简单的 音符或者简短的曲子，可以使用单片机配合简单的扬声器而产生需要的音乐效 果。一般说来，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含 相应幅度的谐波频率。单片机演奏的音乐基
4、本都是单音频率。因此单片机演奏音 乐比较简单，只需要清楚“音调”和节拍”。音调表示一个音符唱多高的频率节拍表示一个音符唱多长的时间111音调音调是音乐学中的名词，与平时所说的音高十分相似。在音乐中常把中音 C上方的A音定为标准音高，其频率为f二440Hz,其余音均与其进行比较。和f,为两个音符，如果两个音符的频率相差一倍时，即f = f x2时，则称f比2 2 1 x 2 匚高一个倍频程。在音乐中音符1 （d。）与音符i之间正好相差一个倍频程，在音乐学中称它 相差一个八度音。在一个八度音里，有12个半音。以1 i八音区为例。12个 半音是:1-#1,#12, 2#2, #23, 34, 4#4
5、, #45, 5#5, #56, 6#6, #67, 7 i -由于人耳的听觉效果，这12个音节的分度基本上是以对数关系來划分的。 只要知道了这12个音符的音高，也就是其基本的音乐的频率，就可以根据音符 之间的倍频程关系得到其他音符基本的音调频率。知道了一个音符的频率后，便可以让单片机发出相应的频率的振荡信号，从 而产生相应的音符声音。常釆用的方法是通过单片机的定时器进行定时中断，在 中断服务子程序中将单片机上外界扬声器的I/O 口來回置高电平或置低电平，从而让扬声器发出声 音。为了让单片机发出不同频率音符的声音，只需将定时器预置不同的定时值來 实现。以标准音高A为例：标准音高A的频率f二44
6、0Hz,其对应的周期为：T = l/f = 2272lis(1-1)因此需要在单片机I/O 口输出周期为T二2272us的方波脉冲，如图1-1所示T图1-1单片机控制音调示意图由上图可知：单片机输出高电平和低电平信号均为：t = T/2 = 1136us(1-2)也就是说，单片机上定时器的中断触发时间为1136us。如果单片机釆用定时器 工作方式1,它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振荡器频率 为f0,则定时器的预置初值由下式來确定：t = 12x (Coiuit -TT)-? fQ(1-3)式中，Count二2二65536, Thl为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数
7、器的初值为:TH =TT/256 = (Coiuit -tx fQ/12)256(1-4)TL = TT%256 = (Coiuit -1 x f/12)%256(1-5)如果单片机外接12MHz的晶振，则f =12MHz,将t二1136us和f =12MHz代0 0入上面两式，即可求得标准音高A在单片机定时器工作方式1下的定时器高低计 数器的初值为：rJHA = TI7256=(65536-1136xl2/12)一 256二 FBH(1-6)田人二刀256=(65536-1136乂12/12)%256=9011(1-7)根据上面的求法，我们可以求出其他音调相应的计数器的预置初值。在单片机晶振
8、频率f = 12MHz ,定时器在工作方式1下定时器计数初值见表1-1表1-1晶振频率f = 12MHz定时器在工作方式1下定时器计数初值表音符频率/Hz计数初值音符频率/Hz计数初值低1D026263628#4FA#74064860#1 DO#27763731中5 SO78464898低2RE29463835#5 SO#83164934#1 RE#31163928中6 LA88064968低3MI33064021# 6 LA#93264994低4FA34964013中7 SI98895030#4fA#37064185高1 DO104665058低5 SO39264260# IDO#11096
9、5085#5 SO41564331高2 R E117565110低6 LA44064400#2 RE#124565134#6 LA#46664463高3 MI131865157低7 SI49464524高 4 FA.139765178中IDO52364580# 4 FA#148065198#1 DO#55464633咼5 SO156865217中2 RE58764684#5 SO#166165235#2 RE#62264732咼6 LA176065252中3 MI65964777# 6 LA#186565268中4 FA69864820高7 SI1967652831.1.2节拍在一张完整乐谱开
10、头，都有如1二C#、1二G寻等等的标识。这里1二C, 1二G标识乐谱的曲调，简单的说就是跟音调有关系；这里的寻、f用來表示 节拍。对于音符的节拍，以子为例。它表示乐谱中以四分音符为节拍，每一小 节有三拍。1二G#的节拍示意图，见图1-2在图中，总共有三拍：1、2为一拍，3、4、5为一拍，6为一拍。从时长角 度看，1、2的时长为四分音的一半，即为八分音符长；3、4的时长为八分音符即为八分音符长；6的一半，即为十六分音符长；5的时长为四分音符的一半, 的时长为四分音符长。11 2 3 4 5 6图1-2节拍示意图对于一拍的发音时间，如果乐曲没有特殊说明，一般说來，一拍的时长大约 为 400450m
11、so如果这里规定一拍的时长为400ms,那么以四分音符为节拍时，四分音符的时 长为400ms,八分音符的时长为200ms,十六分音符的时长为lOOmSo从而，在单片机上可釆用循环延时的办法來实现控制一个音符唱多长时间。 首先要编写一个精确的基本时长的延时程序，比如说以八分音符的时长为基本延 时时间，那么对于一个音符，如果它是四分音符，只需调用四次延时程序，如果 它是二分音符，则只需调用八次延时程序，以此类推。1.1.3单片机电子琴演奏音乐的方法步骤一：将乐谱中的每个音符的音调及节拍变换成相应的音调参数和节拍数。步骤二：将这些参数做成数据表格，存放在存储器中。步骤三：通过按键调用程序取出一个音符
12、的相关参数，播放该音符。步骤四：播放完该音符后，等待下一次按键调用程序去取出下一次的音符的相 关参数，再播放音符。对于演奏乐曲，一般将休止符的音调参数设置为FFH,节拍参数设置为00H。2本设计任务和主要内容本次课程设计主要研究基于AT89C51单片机的8键简易电子琴的设计。具体要求实现以下功能： 按下音符键可以发出相应的音符 按下音乐播放键可以自动播放预先存在内存中的曲子系统主要硬件电路设计2.1单片机控制系统原理 2.1.1芯片选用在本次课程设计中我釆用Atmel公司的AT89C51单片机。AT89C51是美国 Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦
13、写 的程序存储器和12B的随机存取数据存储器(RAM),器件釆用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，片内配置通用8位中 央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。AT89C52引脚图见图2-1T2FP1. Q C1 5D VqqT2EU/P1. 1 r239 P0. O/ADOPl. 2 匚33S P0. 1/AD1Pl. 3 c437 P0. 2/AD2Pl. 4
14、匚536 P0. 3/AD3Pl. 5 匚G35 PO. 4/AD4Fl. 6 匚734 PO. 5/AD5Fl. 7 匚833 PO. 6/AD6RST匚932 PO. 7/AD7RMD/P3. 0 匚1031 EA/VPPTXD/P3. 1 C1130 ALEPROtIHT0/P3. 2 C12293 PESHIWT1/P3. 3 匚1323 P2. 7/A15T0/P3.4 匚1427 P2.S/A14T1/P3.5 匚1526 P2. 5/A13WH/P3.6 匚1625 P乙 4/Al 2ED/P3. 7 匚1724U P2. 3/A11XTAL2 匚1823 P2. 2/A10XTAL1 匚1922 P2. 1/A9?DIFGHD 匚20 21 P2. 0/A8图2-1 AT89C51引脚图其主要功能特性：兼容MCS51指令系统8k可反复擦写（1000次）Flash ROM32个双向I/O 口
