基于51單片機(jī)的吉他調(diào)音器系統(tǒng)設(shè)計(jì)--實(shí)物制作.doc

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1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 吉他調(diào)音器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-實(shí)物制作 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 課設(shè)時(shí)間： 指導(dǎo)教師： 批閱時(shí)間： 成 績： 目錄緒論11、總體設(shè)計(jì)方案 12、核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹 2 2.1、中央控制器-STC90C516RD+3 2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN200353、模擬部分介紹 6 3.1、輸入電路 6 3.2、放大電路 6 3.3、濾波電路 8 3.4、整形輸出電路 9 3.5、模擬部分輸出波形10 3.6、模擬部分實(shí)物圖104、軟件程序編程語言及開發(fā)環(huán)境選擇115、琴弦頻率測量模塊設(shè)計(jì)11 5.1、頻率測量方法的選取11 5.2、頻率測量程序設(shè)計(jì)說明12 5.3、單片機(jī)程

2、序流程圖13 5.4、單片機(jī)程序 13 5.5、單電機(jī)實(shí)物圖 13 5.6、原件清單 13 5.7、整體電路圖 13結(jié) 論 14附錄一 15附錄二 16附錄三 21附錄四 22 緒論目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就

3、一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。琴弦音頻測定儀的設(shè)計(jì)正是以單片機(jī)為核心，通過其他的外圍電路實(shí)現(xiàn)琴弦的準(zhǔn)確調(diào)弦。我們通過計(jì)算得出吉他每一根空弦音的理論音高（十二平均律的），然后看泛音調(diào)弦方法得到的音高是不是與之相等即可。對于標(biāo)準(zhǔn)音高a1=440.0000 Hz，那么按照12平均律所生成的各弦空：1弦空弦，音高e1，頻率f = 440.0000 / 2 ( 5 / 12 ) = 329.6276 Hz2弦空弦，音高b，頻率 f = 440.0000 / 2 ( 10 / 12 ) = 246

4、.9417 Hz3弦空弦，音高g，頻率f = 440.0000 / 2 ( 14 / 12 ) = 195.9977 Hz4弦空弦，音高d，頻率 f = 440.0000 / 2 ( 19 / 12 ) = 146.8324 Hz5弦空弦，音高A，頻率f = 440.0000 / 2 ( 24 / 12 ) = 110.0000 Hz6弦空弦，音高E，頻率 f = 440.0000 / 2 ( 29 / 12 ) = 82.4069 Hz1、總體設(shè)計(jì)方案從圖一可以看出，本設(shè)計(jì)可以分為四大模塊，分別為聲音采集模塊、核心控制模塊、語音模塊設(shè)計(jì)、外圍輔助電路模塊。外圍輔助電路模塊 核心控制 模塊 聲

5、音采集 模塊 圖一圖一 系統(tǒng)總框圖二、實(shí)驗(yàn)儀器： （1）聲音采集模塊的設(shè)計(jì)：這部分是利用單片機(jī)測量琴弦頻率的前提，主要功能是將要采集的聲音信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號。要保證轉(zhuǎn)換的精度，還要處理好電路本身產(chǎn)生的諧波。電路應(yīng)該有基本的放大、濾波、比較電路的設(shè)計(jì)。 （2）核心控制模塊的設(shè)計(jì)：這部分屬于系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)。主要是控制芯片的選擇和編程語言的選擇。通過單片機(jī)控制各個(gè)子模塊的正常工作，實(shí)現(xiàn)需要的功能是需要解決的重點(diǎn)。子模塊包括：鍵盤模塊、LCD12864顯示模塊、頻率測量模塊、PC機(jī)通信模塊。（3）外圍輔助電路的設(shè)計(jì)：這部分都是系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)，包括復(fù)位晶振電路，顯示電路，電機(jī)動(dòng)作電路等。需

6、要合理將這些電路準(zhǔn)確組合并能夠?qū)崿F(xiàn)各自所需的功能。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，以及方案的研究，我們最終確定了以下方案： （4）晶振和復(fù)位電路：晶振作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號，通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。通過選擇的控制芯片設(shè)計(jì)合適的晶振和復(fù)位電路。 （5）串口電路：使用MAX232芯片設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的串口下載電路，為了方便單片機(jī)程序的下載。2、核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹 該系統(tǒng)核心芯片主要有單片機(jī)STC90C516RD+ ，ULN2003A驅(qū)動(dòng)電機(jī)。2.1、中央控制器-STC90C516RD+ STC90C516RD+系列單片機(jī)是新一代超高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完

7、全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。（實(shí)物圖如圖二）。 圖二1.增強(qiáng)型6 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，12 時(shí)鐘/ 機(jī)器周期 8051 CPU2.工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機(jī)）/3.8V - 2.4V（3V 單片機(jī)）3.工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的 080MHz.4.用戶應(yīng)用程序空間 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字節(jié)5.片上集成 1280字節(jié)/512/256字節(jié) RAM6.通用I

8、/O口（35/39 個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 / 仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序3 - 5 秒即可完成一片8.EEPROM 功能9.看門狗10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路，復(fù)位腳可直接接地。11.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用12.外部中斷4路，下降沿中斷或

9、低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒13.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART14.工作溫度范圍：0-75/-40-+8515.封裝：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44 單片機(jī)各引腳功能：（引腳圖如圖三） XTAL1（19腳）：接外部晶體振蕩器的一端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘 圖三 時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，此引腳接地；對于CMOS單片機(jī)，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體振蕩器的另一端，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電

10、容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對于HMOS單片機(jī)，此引腳接外部振蕩源；對于CMOS單片機(jī)，此引腳懸空不接。89C51晶體振蕩器頻率可在6MHZ40MHZ之間選擇，常選6MHz或12MHz的石英晶體。電容的值沒有嚴(yán)格要求，但其取值對振蕩器的頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響，C1、C2可在20pF100pF之間選擇。當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，電容可選30pF10pF；外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容可選40pF10pF。 控制信號或與其它電源復(fù)用引腳（1）（9腳）：復(fù)位端。當(dāng)輸入的復(fù)位信號持續(xù)2個(gè)以上機(jī)器周期（12個(gè)晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。正常工作時(shí)，此腳電平應(yīng) 0.

11、5V。在VCC發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源VPD（電源范圍5V0.5V），由VPD向內(nèi)部RAM供電，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。（2）（30腳）：地址鎖存使能。ALE（Address Latch Enable）；PROG（Program）為CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存信號，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。引腳第二功能，對片內(nèi) Flash編程，為編程脈沖輸入端。（3）（29腳）：（Programmer Saving ENable），外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號。在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器單元的讀操作。在訪問外部數(shù)據(jù)存

12、儲(chǔ)器、訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)無效。（4）（31腳）：（Enable Address/Voltage Pulse of Programming）訪問程序存儲(chǔ)控制信號。當(dāng)“0”時(shí)，表示讀外部程序存儲(chǔ)器。只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000HFFFFH（64KB），片內(nèi)的4KB Flash 程序存儲(chǔ)器不起作用。當(dāng)“1”時(shí)，表示對程序存儲(chǔ)器的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。在PC值不超出0FFFH（即不超出片內(nèi)4KB Flash存儲(chǔ)器的地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（4KB）中的程序，但當(dāng)PC值超出0FFFH （即超出片內(nèi)4KB Flash地址范圍）時(shí)，將

13、自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存儲(chǔ)器空間中的程序。對于EPROM（或FLASH）型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳需加12.75V或21V的編程電壓。2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003 引腳如圖四所示，ULN是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的二極管，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。 圖四 ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BV

14、CEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。 ULN2003是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA.資料的最后有引用電路，9腳可以懸空。 比如1腳輸入，16腳輸出，負(fù)載接在VCC與16腳之間，不用9腳。uln2003的作用：ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/5

15、0V。 ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下:ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。3、模擬部分介紹3.1、輸入電路 電容話筒是根據(jù)電容與兩極板間距離成反比，當(dāng)振動(dòng)時(shí)，電容話筒的兩極間距離變化，距離變大時(shí)，因?yàn)殡娙葑冃?，所以電壓扁高，這時(shí)就產(chǎn)生了電信號。電容話筒大多需要用電極化，也有不用極化

16、的，稱為駐極體電容話筒，就是一般電話里面使用的，非常廉價(jià)。 壓電陶瓷是一種特殊的材料，它受到點(diǎn)的作用時(shí)，會(huì)發(fā)生變型，相反，它發(fā)生變形時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電。 圖五這里我們選用駐極體話筒完成設(shè)計(jì)（電路如圖五所示）。 3.2、放大電路 TLC2252是用德州儀器公司先進(jìn)的LinCMOSTM工藝制造的雙路運(yùn)算放大器，具有滿電源電壓幅度輸出性能，同時(shí)比現(xiàn)有的CMOS運(yùn)放具有更好的輸入失調(diào)電壓和更低的功耗。另外，對于這類低功耗CMOS運(yùn)放，噪聲性能得到了驚人的改進(jìn)，每一級放大僅需35uA（典型值）的電源電流。而且，共模輸入電壓范圍比通常標(biāo)準(zhǔn)CMOS類型放大器更寬。為了利用這種性能上的改進(jìn)并使此器件可以適用于更寬

17、范圍的應(yīng)用，用比5mV更大的最大輸入失調(diào)電壓測試極限來規(guī)定VICR。先進(jìn)的LinCMOSTM工藝使用硅柵技術(shù)獲得輸入失調(diào)電壓的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了用金屬柵技術(shù)所能獲得的穩(wěn)定性。這種技術(shù)也使輸入阻抗有可能符合或超過頂柵JFET和昂貴的介質(zhì)絕緣器件的輸入阻抗；TLC2252呈現(xiàn)高輸入阻抗和低噪聲，能很好地適用于高阻抗源，例如電壓傳感器的小信號狀況。由于這些器件功耗低，所以它們在手持監(jiān)視和 遙感原始傳感器應(yīng)用中工作良好。此外，滿電源電壓幅度輸出特性以及單獨(dú)或分離電源工作使得這些器件在直 圖六接與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）接口時(shí)成為主要的選擇對象。所有這些特性，再結(jié)合它們的溫度性能，使

18、得TLC2252系列能理想的適用于聲納、遠(yuǎn)程傳感器、溫度控制、有源壓阻傳感器、加速計(jì)、便攜式醫(yī)學(xué)應(yīng)用、手持儀表以及許多其他應(yīng)用（引腳圖如圖六所示）。LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電 圖七源供電的使用運(yùn)算放大器的場合（引腳圖如圖七所示）。 由以上兩種放大器和適當(dāng)參數(shù)的電阻電容構(gòu)成兩級放大電路（電路圖如圖八所示）。 圖八3.3、濾波電路設(shè)計(jì)中運(yùn)放選擇TI產(chǎn)品典型的通用

19、四運(yùn)放LM324，LM324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 的運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。適用于一般的帶通濾波器的設(shè)計(jì)，同時(shí)具有低功耗的功能，可設(shè)計(jì)階數(shù)相對高一些的帶通濾波器，應(yīng)用起來節(jié)省空間。 巴特沃斯帶通濾波器幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是從通帶到阻帶衰減較慢，這里采用四階巴特沃斯帶通濾波器來對采集進(jìn)來的音頻信號進(jìn)行濾波（引腳圖如圖九所示）。LM324主要參數(shù)：電壓增益 100dB單位增益帶寬

20、1MHz單電源工作范圍 3V30VDC 每個(gè)運(yùn)放功耗（V=+5V） 1mV/op.Amp輸入失調(diào)電壓 2mV(最大7mV) 圖九 輸入偏置電流 50150nA輸入失調(diào)電流 550nA共模抑制比 7090dB輸出電壓幅度 01.5VDC（單電源時(shí)）輸出電流 40mA放大器間隔離度 120dB（fo:120KHz）參數(shù)選擇與計(jì)算： 對于低通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取10000pF，對于高通濾波器的設(shè)計(jì)，電容一般選取0.1uF，然后根據(jù)公式 R=1/2fc計(jì)算得出與電容相組合的電阻值，即得到此圖中R9、R4和R17，為了消除運(yùn)放的失調(diào)電流造成的誤差，盡量是運(yùn)放同相輸入端與反向輸入端對地的直流電阻基本

21、相等，同時(shí)巴特沃斯濾波器階數(shù)與增益有一定的關(guān)系，根據(jù)這兩個(gè)條件可以列出兩個(gè)等式：30=R15*R21/(R15+R21)，R15=R21(A-1),36=R14*R19/(R14+R19)，R19=R14(A-1)由此可以解出R14、R15、R19、R21，原則是根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況稍調(diào)整電阻值保持在一定限度內(nèi)即可，不要相差太大，注意頻率不要超過運(yùn)放的標(biāo)定頻率（電路圖如圖十所示）。 圖十3.4、整形輸出電路由于單片機(jī)識別的應(yīng)該正弦波，所以需要將濾波之后的信號進(jìn)行整形得到方波信號輸入給單片機(jī)進(jìn)行測頻（電路圖如圖十一所示），R24用于調(diào)節(jié)比較電壓，根據(jù)實(shí)際情況改變比較點(diǎn)電壓。 圖十一 3.5、模擬部分輸出

22、波形 3.6、模擬部分實(shí)物圖 4、軟件程序編程語言及開發(fā)環(huán)境選擇以往的單片機(jī)系統(tǒng)，其控制程序大多是用相應(yīng)單片機(jī)的匯編指令編制，其執(zhí)行效率高，但其可讀性和可移植性卻較差，直接影響其軟、硬件的擴(kuò)展和升級。C語言早期用于編寫UNIX操作系統(tǒng)，是一種結(jié)構(gòu)化的語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C語言可用許多機(jī)器級的函數(shù)直接控制操作單片機(jī)的硬件，不必通過匯編語言。與匯編語言相比，C語言主要有以下一些優(yōu)點(diǎn)有：不要求了解單片機(jī)的指令系統(tǒng)，僅要求對其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器分配、存儲(chǔ)器尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序由不同的函數(shù)構(gòu)成，便于程序的結(jié)構(gòu)化和模塊化；程序的可讀性及可移植性較高；關(guān)鍵字及運(yùn)算符可用近似人

23、的思維方式使用；程序編制及調(diào)試時(shí)間顯著縮短，大大地提高了編程效率；C語言提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)的子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。C語言是一種非常便于使用的計(jì)算機(jī)高級編程語言，使用C語言進(jìn)行單片機(jī) 尤其是MCS-51系列單片機(jī)的開發(fā)具有極大的優(yōu)勢。 用C51編制程序時(shí)，應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)方法。在編程時(shí)，可將任務(wù)分成若干模塊，對每個(gè)模塊分別進(jìn)行編制及調(diào)試，最后有機(jī)結(jié)合成一個(gè)完整的控制程序。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、

24、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。使用C語言編程么Keil幾乎就是編程的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令編程事半功倍。5、琴弦頻率測量模塊設(shè)計(jì)5.1、頻率測量方法的選取測量頻率的方法一般分為無源測頻法、有源測頻法及電子計(jì)數(shù)法三種。無源測頻法(又可分為諧振法和電橋法),常用于頻率粗測,精度在1%左右。有源比較法可分為拍頻法和差頻法,前者是利用兩個(gè)信號線性疊加以產(chǎn)生

25、拍頻現(xiàn)象, 再通過檢測零拍現(xiàn)象進(jìn)行測頻,常用于低頻測量,誤差在零點(diǎn)幾Hz;后者則利用兩個(gè)非線性信號疊加來產(chǎn)生差頻現(xiàn)象,然后通過檢測零差現(xiàn)象進(jìn)行測頻,常用于高頻測量, 誤差在20Hz左右。以上方法在測量范圍和精度上都有一定的不足,而電子計(jì)數(shù)法主要通過單片機(jī)進(jìn)行控制。由于單片機(jī)的較強(qiáng)控制與運(yùn)算功能,電子計(jì)數(shù)法的測量頻率范圍寬,精度高,易于實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)就是采用單片機(jī)電子計(jì)數(shù)法來測量琴弦頻率。5.2、頻率測量程序設(shè)計(jì)說明利用單片機(jī)的T0、T1的定時(shí)計(jì)數(shù)器功能，完成對輸入的信號進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)。頻率的測量方法：通過檢測一定時(shí)間內(nèi)（1s內(nèi)）輸入方波的個(gè)數(shù)計(jì)算琴弦頻率。T0主要功能時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，T1是進(jìn)行計(jì)時(shí)。T

26、0是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下對輸入的方波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計(jì)數(shù)值為fOSC/24，由于fOSC12MHz，因此，T0的最大計(jì)數(shù)頻率為250KHz，滿足設(shè)計(jì)要求。對于頻率的概念就是在一秒時(shí)間內(nèi)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，即為頻率值。設(shè)定T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，每定時(shí)1秒到，就停止T0的計(jì)數(shù)，并從T0的計(jì)數(shù)單元中讀取計(jì)數(shù)的數(shù)值即為琴弦的頻率。T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間為65ms，達(dá)不到1秒的定時(shí)，所以采用定時(shí)50ms，共定時(shí)20次，即可完成1秒的定時(shí)功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0由TH0和TL0構(gòu)成，T1由TH1和TL1構(gòu)成。TMOD用于控制和確定T0，T1的功能和工作模式。TCON用于控制

27、T0、T1啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包括T0、T1的狀態(tài)。他們屬于特殊功能寄存器，這些寄存器的內(nèi)容靠軟件預(yù)先設(shè)置。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，寄存器的所有位都被清零。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1都是加法計(jì)數(shù)器，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器T1為1時(shí)再輸入一個(gè)脈沖，就使計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出，溢出時(shí)，計(jì)數(shù)器回零，并置位TCON中的TF0或TF1，以表示定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)值已滿，向CPU發(fā)出中斷申請。設(shè)計(jì)數(shù)器的最大值為M(在不同的工作模式下，M可以為，或)，則置入的初值X可這樣來計(jì)算。計(jì)數(shù)方式時(shí) X=M-計(jì)數(shù)值定時(shí)方式時(shí) 計(jì)數(shù)值T= （M-X）T=定時(shí)值 所以置入的初值 X=M-(定時(shí)值/T) T為計(jì)數(shù)周期，是單片機(jī)的機(jī)

28、器周期。 當(dāng)機(jī)器周期為1時(shí)，工作在模式0時(shí)，最大定時(shí)值為 若工作在模式1，則最大定時(shí)值為。先對TMOD寄存器賦值，以確定定時(shí)器的工作模式是0還是1，即確定機(jī)器周期，從而設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值。直接將初值寫入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1，再根據(jù)需要，對寄存器ET0，ET1置初值，開放定時(shí)器中斷。最后對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，置位以后，計(jì)數(shù)器T0,T1即按規(guī)定的工作模式和初值進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)。5.3、單片機(jī)程序流程圖（見附錄一）5.4、單片機(jī)程序（見附錄二）5.5、單電機(jī)實(shí)物圖如圖 5.6、原件清單（見附錄三）5.7、整體電路圖（見附錄四） 結(jié) 論 本次課程設(shè)

29、計(jì)的主要內(nèi)容是吉他調(diào)音器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們采用單片機(jī)對琴弦空弦音的頻率進(jìn)行計(jì)算判斷，并通過控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)從而調(diào)節(jié)弦松緊度，進(jìn)而使吉他空弦音頻率靠近標(biāo)準(zhǔn)音頻率。本次課程設(shè)計(jì)所做主要工作概括如下：1. 介紹課題研究的背景，提出了以單片機(jī)為控制核心的琴弦音頻測定儀的設(shè)計(jì)；2. 提出了幾種頻率的測量方法，經(jīng)過比較后確定了基于8051單片機(jī)的電子計(jì)數(shù)法，這種方法測量頻率范圍寬,精度高,易于實(shí)現(xiàn)；3. 詳細(xì)闡述了整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。包括：主程序模塊設(shè)計(jì)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、顯示模塊；4. 通過C語言對單片機(jī)進(jìn)行軟件編程，基于Keil C51集成開發(fā)環(huán)境對軟件進(jìn)行編譯調(diào)試。琴弦音頻測定儀采用高性能單片機(jī)控制，

30、性能穩(wěn)定，可靠性高，具有掉電保護(hù)功能，運(yùn)用的元件也可推廣，還能據(jù)實(shí)際要求擴(kuò)展功能，應(yīng)用廣泛，性價(jià)比高。在這段時(shí)間內(nèi)，通過查閱各種書籍與網(wǎng)站，同時(shí)在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，完成了此次課程設(shè)計(jì)。我們掌握對所學(xué)知識得到利用，鍛煉我們的實(shí)際運(yùn)用能力，同時(shí)讓我們認(rèn)識到團(tuán)結(jié)互助在各種工作中的重要性。課程設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我們的動(dòng)手能力，更加促進(jìn)了我們對理論聯(lián)系實(shí)際的理解，對我們今后的工作發(fā)展有著很大的促進(jìn)作用。在此感謝*老師.循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課程設(shè)計(jì)的成功離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。由于本人能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請老師多多指教,我十分樂意接受您的批評與指正

31、，本人將萬分感謝。 15numyiinpin否是根據(jù)外部采集頻率范圍選擇標(biāo)準(zhǔn)頻率比較，控制電機(jī)轉(zhuǎn)向是1s定時(shí)到否yinjie，num，T0_num置零，打開定時(shí)計(jì)數(shù)器0、1單片機(jī)初始化化 開始附錄一附錄二：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit pulse=P35; /T1,計(jì)外部脈沖數(shù)sbit led=P20;uint num=0,T0_num,n,yinjie,i;uchar code FFW8=0 xf1,0 xf3,0 xf2,0 xf6,0 xf4,0 xfc,0 xf8,0 xf9;/電機(jī)正轉(zhuǎn)

32、uchar code REV8=0 xf9,0 xf8,0 xfc,0 xf4,0 xf6,0 xf2,0 xf3,0 xf1;/電機(jī)反轉(zhuǎn) uint code pinpu =329,247,196,147,110,82 ; / 六弦空弦音void init() /定時(shí)計(jì)數(shù)初始化TMOD=0 x51;/T1計(jì)數(shù)，T0定時(shí)TH1=0;/0; /計(jì)數(shù)初值TL1=0;/0;ET1=1; /定時(shí)器1允許 TH0=(65536-50000)/256; /計(jì)時(shí)初值TL0=(65536-50000)%256;ET0=1; /定時(shí)器0允許 TR1=1; /打開計(jì)數(shù)器 TR0=1; /打開定時(shí)器 EA=1;voi

33、d delay(uint t) uint k; while(t-) for(k=0; k123; k+); void motor_ffw(uint n) /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) uchar i; uint j; for (j=0; j12*n; j+) /轉(zhuǎn)n圈 for (i=0; i8; i+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)30度 P1 = FFWi; /取數(shù)據(jù) delay(30); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 void motor_rev(uint n) /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) uchar i; uint j; for (j=0; j12*n; j+) /一個(gè)周期轉(zhuǎn)30度，轉(zhuǎn)n圈 for (i=0; i8; i+) P1 = REVi;

34、 /取數(shù)據(jù) delay(30); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序void dianji(uint num) if(num300) yinjie=pinpu0; /yinjie=329Hz if(num=328|num=329|num=330) led=0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num220) yinjie=pinpu1;/yinjie=247Hz if(num=246|num=247|num=248) led=

35、0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num165) yinjie=pinpu2; /yinjie=196Hz if(num=195|num=196|num=197) led=0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num120) yinjie=pinpu3; /y

36、injie=147Hz if(num=146|num=147|num=148) led=0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num100) yinjie=pinpu4; /yinjie=110Hz if(num=109|num=110|num=111) led=0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1

37、); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num62) yinjie=pinpu5; /yinjie=82Hz if(num=81|num=82|num=83) led=0; while(1); else if(numyinjie) motor_ffw(1); /步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) else if(numyinjie) motor_rev(1); /步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) else if(num360) void time0(void) interrupt 1 /定時(shí)器0，定時(shí)1sT0_num+; /計(jì)數(shù)滿一次，T0_num加1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256

38、;if(T0_num=20) /1s定時(shí)到 EA=0; /關(guān)總中斷 num=TH1*256+TL1; dianji(num); yinjie=0; num=0; T0_num=0; /定時(shí)器溢出次數(shù)，初值設(shè)為0 TH1=0;/0XFF; /計(jì)數(shù)1次 TL1=0;/0XFF; EA=1; void main()init(); while(1);附錄三：原件類型原件參數(shù)原件個(gè)數(shù)步進(jìn)電機(jī)五線四相1電容33p2103410440.1u10.01u13u110uf5電阻47031k55.1k210k715K125k147k250k1100k2150k1470k1發(fā)光二極管LED11下載接口 Connector 91三極管90141按鍵SW-PB1芯片LM324D1STC90C516RD+1ULN2003D1MAX2321TLC22521晶振12MHz122