基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)

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1、摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂(lè)逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說(shuō)喜歡音樂(lè)的人不會(huì)向惡。我們都會(huì)抽空欣賞世界名曲，作為對(duì)精神的洗禮。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴。我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如音色選擇、自動(dòng)放音功能等等也很好奇。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用STC89C51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤(pán)、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有12個(gè)按鍵

2、和一個(gè)揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：STC89C51，電子琴，數(shù)碼管 ABSTRACT With the development and progress of society, music has become an important part of life, it was said that people do not like the music to the evil. W

3、e will find time to enjoy the world music, as the baptism of the spirit. This thesis developed a simple microcontroller-based electronic key board. Electronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It modern music played an important rol

4、e in single chip is a powerful control functions and flexible programming characteristics, It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is STC89C51 control of the core components, Design of an electronic organ, single chip as a host to the core, with the

5、 keyboard, speakers and other core modules main control module, in the main control module has 16 keys and speakers. Stability of the system, its advantages are simple hardware circuits, software functions, control system reliability, high cost performance and have certain practical and reference va

6、lue. Key words: STC89C51, electronic organ，led display  目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 目 錄 3 第一章 緒論 3 1.1電子琴設(shè)計(jì)的背景及意義 3 1.2 電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo) 3 1.3方案的比較和選擇 5 第二章 硬件設(shè)計(jì)及說(shuō)明 5 2.1系統(tǒng)組成及總體框圖 5 2.2元件簡(jiǎn)介 6 2.2.1 STC89C51 6 2.2.2 9013 9 2.2.3 LED數(shù)碼管 10 2.3 各功能模塊原理圖 11 2.3.1 STC89C51模塊電路原理圖 11 2.3.2鍵盤(pán)

7、掃描模塊電路原理圖 12 2.3.3數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 12 2.3.4音頻處理模塊電路原理圖 13 第三章 軟件設(shè)計(jì) 13 3.1 音樂(lè)相關(guān)知識(shí) 13 3.2如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖 13 3.3系統(tǒng)總體功能流程圖 14 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 14 4.1硬件調(diào)試 14 4.2 軟件調(diào)試 15 第五章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)以及心得體會(huì) 15 致 謝 16 參考文獻(xiàn) 17 附錄A 電路圖 18 附錄C C語(yǔ)言源程序 20  第一章 緒論 1.1電子琴設(shè)計(jì)的背景及意義 隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們的日常生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。電子琴作為

8、其中的一個(gè)典型代表，是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。因此，我們選擇了簡(jiǎn)易電子琴這個(gè)題目來(lái)制作，因?yàn)樗粌H能夠提高我的實(shí)踐動(dòng)手能力，還與實(shí)際生活有著緊密地聯(lián)系。 單片機(jī)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而此次課程設(shè)計(jì)依據(jù)的理論基礎(chǔ)是單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)。其主要目的是通過(guò)本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，進(jìn)一步理解數(shù)字系統(tǒng)的概念，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術(shù)，裝握查閱有關(guān)資料的技能。 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯

9、功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 1.2 電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo) 由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂(lè)方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單易操作。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下： 1、經(jīng)濟(jì)可行性： 所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于課程設(shè)計(jì)是提高我們的動(dòng)手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的對(duì)于我們課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可行的。通過(guò)分析后，無(wú)論是在器件價(jià)格或是常見(jiàn)度上均是可行的。 2、

10、技術(shù)可行性： 技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開(kāi)展并完成課程設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，硬件、軟件能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者的需要等。通過(guò)分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)明確，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是完全可行的。 1.3方案的比較和選擇 方案一：用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流、濾波，獲得+13.5V直流電壓。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。 方案二：采用STC89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性?xún)r(jià)比高，完全滿(mǎn)足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程

11、序存儲(chǔ)空間達(dá)到8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。 選擇方案：鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案二。 第二章 硬件設(shè)計(jì)及說(shuō)明 2.1系統(tǒng)組成及總體框圖 硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。 該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。該設(shè)計(jì)具有8個(gè)音節(jié)的鍵盤(pán)，用戶(hù)可以根據(jù)樂(lè)譜在鍵盤(pán)上進(jìn)行演奏，音樂(lè)發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶(hù)的彈奏，通過(guò)揚(yáng)聲器

12、將音樂(lè)播放出來(lái)。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶(hù)掌握，不由程序控制。用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)，因?yàn)樗鼪](méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要功率放大電路。 本例使用三極管9013.來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻功放電路。 按鍵 音頻功放電路 單片機(jī)STC89C51 揚(yáng)聲器 LED顯示電路 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.2元件簡(jiǎn)介 2.2.1 STC89C51 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CP

13、U 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6

14、T/12T可選。 綜上所述，凌陽(yáng)單片機(jī)雖然性能更好，但價(jià)格比較昂貴，且本設(shè)計(jì)不需要很復(fù)雜的運(yùn)算，所以本設(shè)計(jì)選用更便宜，更易用的STC89C52單片機(jī)。 圖2-2 STC89C51引腳圖 DIP封裝 單片機(jī)是美國(guó)STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機(jī)。片內(nèi)含有Flash程序存儲(chǔ)器、SRAM、UART、SPI、PWM等模塊。 （一）STC89C52主要功能、性能參數(shù)如下： （1）內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時(shí)鐘，普通型為12時(shí)鐘; （2）工作頻率范圍：0~40MHZ，相當(dāng)于普通8051的0~80MHZ; （3）STC89C52RC對(duì)應(yīng)Flash空間：4KB;

15、 （4）內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：512B; （5）定時(shí)器\計(jì)數(shù)器：3個(gè)16位； （6）通用異步通信口（UART）1個(gè)； （7）中斷源:8個(gè)； （8）有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應(yīng)用可編程),無(wú)需專(zhuān)用編程器\仿真器； （9）通用I\O口：32\36個(gè)； （10）工作電壓：3.8~5.5V； （11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。 （二）STC89C52單片機(jī)的引腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部

16、程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P

17、2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD

18、（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不

19、同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心，1然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)，為什么看上面的圖，如果不對(duì)端口置1端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的1信號(hào)讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，所以這類(lèi)I/O口被稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。接下來(lái)讓我們?cè)倏戳?/p>

20、一個(gè)問(wèn)題，從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別，除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才

21、起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTA

22、L2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 （三）STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)： 最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。 STC89C52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路

23、 51系列單片機(jī) I/O 接口 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 STC89C52單片機(jī) I/O口 圖2-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 (1) 時(shí)鐘電路 STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2-4所示。在STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz

24、間選擇，典型值為12MHz和6MHz。 圖2-4 STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘電路 (2) 復(fù)位電路 當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST(9)端與電源Vc

25、c接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖2-5。時(shí)鐘頻率用11.0592MHZ時(shí)C取10uF,R取10kΩ。 圖2-5 STC89C52復(fù)位電路 2.2.2 9013 9013 - NPN外延型晶體管(三極管) 9013是一種最常用的普通三極管。它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的NPN型硅三極管 有如下特性： 集電極電流Ic：Max 500mA 集電極-基極電壓Vcbo：40V 工作溫度：-55℃ to +150℃ 功率(W):0.625 fT(MHZ):200 hFE :64 ～ 202 主要用途： 開(kāi)關(guān)應(yīng)用 射頻

26、放大 低噪聲放大管 圖2-6 9013引腳圖 2.2.3 LED數(shù)碼管 本次課程設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而流過(guò)電流并發(fā)出可見(jiàn)光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。 常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱(chēng)為共陽(yáng)極顯示器(如圖b所示)，陰極連在一起的稱(chēng)為共陰極顯示器(如圖c所示)。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管a~g控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的

27、七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開(kāi)頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。 此外，要畫(huà)出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來(lái)。 （a）外形 （b）共陽(yáng)極 (C)共陰極 圖2-7 數(shù)碼管引腳 數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說(shuō)明： （1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角； （2）焊接溫度：260度；焊接時(shí)間：5S （3）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來(lái)。 2.3 各功能模塊原理圖 2.3.1 STC89C51模塊電路原理圖 單片機(jī)主程序模塊通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)

28、掃描程序信號(hào)的讀取，在通過(guò)對(duì)應(yīng)的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時(shí)器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號(hào)。在這一過(guò)程中，對(duì)數(shù)碼管編碼是直接賦值，對(duì)聲音信號(hào)則是通過(guò)中斷程序進(jìn)行控制。 圖2-8 STC89C51模塊電路原理圖 2.3.2鍵盤(pán)掃描模塊電路原理圖 對(duì)鍵盤(pán)掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程序編寫(xiě)中，采用行掃描法，通過(guò)在p30~p33上循環(huán)送出0掃描信號(hào)，p34~p37輸入按鍵上的高低電平信息給單片機(jī)，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個(gè)按鍵按下，并送主程序以實(shí)現(xiàn)不同功能。 圖2-9 鍵盤(pán)掃描模塊電路原理圖 2.3.3數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管，通過(guò)

29、來(lái)自單片機(jī)I/O口的電平高低來(lái)點(diǎn)亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過(guò)單片機(jī)送來(lái)的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應(yīng)用人員可以很容易的理解按鍵按下所對(duì)應(yīng)的音符。 圖2-10 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖 2.3.4音頻處理模塊電路原理圖 由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力不夠，在處理音符信號(hào)時(shí)，需加功率放大裝置，所以本設(shè)計(jì)采用雙9013三極管驅(qū)動(dòng)。 圖2-11 音頻處理模塊電路原理圖 第三章 軟件設(shè)計(jì) 本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡(jiǎn)單音樂(lè)發(fā)生器，它由8個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤(pán)，用戶(hù)可以根據(jù)樂(lè)譜在鍵盤(pán)上進(jìn)行演奏，音樂(lè)發(fā)生器會(huì)根據(jù)用戶(hù)的彈奏，通過(guò)揚(yáng)聲器將音樂(lè)播放出來(lái)。

30、 3.1 音樂(lè)相關(guān)知識(shí) 樂(lè)音聽(tīng)起來(lái)有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂(lè)音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，這7個(gè)字母就是樂(lè)音的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時(shí)樂(lè)音的發(fā)音，所以叫唱名。 一首音樂(lè)是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，構(gòu)成音樂(lè)。 3.2如何用單片機(jī)產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂(lè)的一些基本知識(shí)后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂(lè)，對(duì)于單片機(jī)而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生這樣的方波頻

31、率信號(hào)，因此，需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。 在本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作模式為1，改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào)。 3.3系統(tǒng)總體功能流程圖 該程序設(shè)計(jì)思路比較清晰既從開(kāi)始到聲明變量與函數(shù)再到讀取按鈕開(kāi)關(guān)，判斷是否按下，然后就是一個(gè)一個(gè)按鈕的動(dòng)作。其主程序流程圖如下： 開(kāi)始 初始化定時(shí)器 模式鍵按下次數(shù) 奇 偶 播放內(nèi)置音樂(lè) 等待音符按下播放單個(gè)音符 結(jié)束 圖3-1主程序流程圖 第四章 系統(tǒng)調(diào)試

32、 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為兩大部分：硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 4.1硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對(duì)單片機(jī)部分進(jìn)行調(diào)試。 在上電前，先確保電路中不在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。注意焊點(diǎn)之間，確保焊點(diǎn)沒(méi)有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒(méi)有開(kāi)路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。 在確保硬件電路正常，無(wú)異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要鍵盤(pán)單片機(jī)控制部分、數(shù)

33、碼管點(diǎn)亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。 1、數(shù)碼管LED電路調(diào)試：接通電源，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字。 2、鍵盤(pán)單片機(jī)控制部分調(diào)試：上電后，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤(pán)可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的音正確。 4.2 軟件調(diào)試 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過(guò)程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試。 第五章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)以及心得體會(huì) 通過(guò)這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒(méi)有的知識(shí)，也

34、鍛煉了自己的動(dòng)手能力，將以前學(xué)過(guò)的零散的知識(shí)串到一起。 首先在課程設(shè)計(jì)剛開(kāi)始的調(diào)研階段，我學(xué)會(huì)了怎么通過(guò)各種方式查詢(xún)相關(guān)的資料。通過(guò)對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)，我大致了解了單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)識(shí)到目前單片機(jī)方面的各種各樣的發(fā)展，和它們之間的競(jìng)爭(zhēng)。了解了單片機(jī)方面的先進(jìn)技術(shù)，這些都為我的未來(lái)的學(xué)習(xí)指明了方向。 我的課程設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過(guò)這些我的硬件和軟件開(kāi)發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程和所要做的工作。并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過(guò)程，使我對(duì)52系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍

35、電路引腳和連接方法，如LED數(shù)碼管，鍵盤(pán)等。 在軟件方面，通過(guò)串行口調(diào)試工具的開(kāi)發(fā)，使我加深了封裝的理解，熟悉了51系列單片機(jī)內(nèi)部的寄存器和編程規(guī)則，以及如何控制外圍電路。 此外在學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)的時(shí)候?qū)τ谶@個(gè)領(lǐng)域有了更新更全面的認(rèn)識(shí)。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大量使用將人類(lèi)社會(huì)帶入一個(gè)新的時(shí)代，單片微型計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī))在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒(méi)有常見(jiàn)的PC那樣大的體積和重量，不會(huì)在辦公桌或控制臺(tái)上占據(jù)一個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計(jì)算、控制、測(cè)量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、使用

36、方便、性能價(jià)格比高、容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用，對(duì)人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。作為21世紀(jì)的工科大學(xué)生，學(xué)好單片機(jī)，一方面可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，另一方面也為自身在專(zhuān)業(yè)上的深入發(fā)展構(gòu)筑了一個(gè)很好的平臺(tái)其重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。 致 謝 這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過(guò)我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！ 首先，要特別感謝我的指導(dǎo)老師——呂雪老師。呂老師在我畢業(yè)論

37、文的撰寫(xiě)過(guò)程中，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開(kāi)始選題到中期修正，再到最終定稿，呂老師給我提供了許多寶貴建議。老師豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 其次，要感謝所有曾經(jīng)教我們電子信息的任課老師，老師們教會(huì)我的不僅僅是專(zhuān)業(yè)知識(shí)，更多的是對(duì)待學(xué)習(xí)、對(duì)待生活的態(tài)度。 第三，感謝我的父母親，，謝謝你們對(duì)我的支持與鼓勵(lì)！ 再次，感謝我的室友及其他同學(xué)，因?yàn)橛心銈兊膸椭?，我的論文得以順利完成。不?huì)忘記，大學(xué)四年里我們一起度過(guò)的

38、歡樂(lè)時(shí)光，那些開(kāi)心的日子，總是那么令人難以忘懷。 最后對(duì)老師，同學(xué)和家人再次致以我最衷心的感謝！正因?yàn)橛辛四銈?，我的大學(xué)才算完整，有了你們我的生活更加精彩。 參考文獻(xiàn) 【1】黃鑫,馬善農(nóng),趙永科.基于CPLD的電子琴研究與設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng),2007 【2】吳金戌，沈慶陽(yáng)，郭庭吉，8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M]．清華大學(xué)出版社，2001 【3】龍威林,楊冠聲,胡山.單片機(jī)應(yīng)用入門(mén):AT89S51和AVR[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008. 【4】張毅剛，MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004 【5】李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 北京：北

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41、錄A 電路圖  附錄B 仿真圖  附錄C C語(yǔ)言源程序 #include #define uc unsigned char #define ui unsigned int sbit speaker=P1^2;//喇叭 uc a,b,m=0;qushu=1; bit bdata flag; uc code yinfu[]={ 0xfb,0xe9, //Do 0xfc,0x5c, //Re 0xfc,0xc1, //Mi 0xfc,0xef, //Fa

42、 0xfd,0x45, //So 0xfd,0x92, //La 0xfd,0xd0, //Si 0xfd,0xee, //Do# 0x00,0x00, //間隔 }; uc code shengri_tone[]={1,1,2,1,4,3,0, //生日快樂(lè)音調(diào) 1,1,2,1,5,4,0, 1,1,8,6,4,3,2,0, 7,7,6,4,5,4,0 //0代表不發(fā)聲，即停頓；數(shù)字即為音調(diào) }; uc code laohu_ton

43、e[]={1,2,3,1,0,1,2, 3,1,0,3,4,5,0,3, 4,5,0,5,6,5,4,3, 1,0,5,6,5,4,3,1, 0,3,2,1,0,3,2,1,0 }; uc code yishan_tone[]={1,1,5,5,0,6,6,5, 0,4,4,3,3,0,2,2, 1,0,5,5,4,4,0,3, 3,2,0,5,5,4,4,0, 3,3,2,0,1,1,5,5, 0,6,6,5,0,4,4,3, 3,0,2,2,1,0

44、}; uc code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x7f}; void delay(ui z) { ui x,y; for(x=0;x

45、 temp=P3; P3=0x0f; temp1=P3; key_s=temp|temp1; switch(key_s) { case 0xed:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[1];a=0xfb;b=0xe9;EA=1;} break; case 0xdd:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[2];a=0xfc;b=0x5c;EA=1;} break;//注意：EA不能改為T(mén)R0 case 0xbd:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[3];a=0xfc;b=0xc1;

46、EA=1;} break; case 0x7d:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[4];a=0xfc;b=0xef;EA=1;} break; case 0xeb:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[5];a=0xfd;b=0x45;EA=1;} break; case 0xdb:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[6];a=0xfd;b=0x92;EA=1;} break; case 0xbb:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[7];a=0xfd;b=0xd0;EA=1;} break;

47、 case 0x7b:if(flag==0) {EA=0;P2=tab[8];a=0xfd;b=0xee;EA=1;} break; case 0xe7:flag=~flag;m=0;break; case 0xd7:if(flag==1) {m=0;qushu++;if(qushu==4)qushu=1;} break; case 0xb7:if(flag==1) {m=0;qushu--;if(qushu==0)qushu=3;} break; case 0x77:;break;//按鍵未定義 default:EA=0;speaker=

48、1;P2=tab[9];break; } while((P3&0x0f)!=0x0f); EA=0; if(flag==0) P2=tab[9]; } } } void play1() { uc c=1; P2=tab[9]; while(flag) { EA=0; if(qushu==1) c=shengri_tone[m]; //取音符 else if(qushu==2) c=laohu_tone[m]; else if(qu

49、shu==3) c=yishan_tone[m]; if(c==0) { a=yinfu[16]; b=yinfu[17]; P2=tab[c]; delay(400); EA=0; } else { a=yinfu[2*c-2]; b=yinfu[2*c-1]; EA=1; P2=tab[c]; delay(400); EA=0; delay(30); } m++; if(((m>=29)&&(qushu==1))||((m>=40)&

50、&(qushu==2))||((m>=54)&&(qushu==3))) m=0; check_key(); } } void main() { TMOD=0x01; TH0=a; TL0=b; ET0=1;//打開(kāi)定時(shí)器，但是未允許中斷 TR0=1; P2=tab[9]; while(1) { check_key(); play1(); } } void time0() interrupt 1 { TH0=a; TL0=b; speaker=~speaker; } 裝 訂 線 共 頁(yè) 第 頁(yè)