單片機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(基于51單片機(jī))

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 濱江學(xué)院 微機(jī)原理與接口技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題 目 簡易電子琴設(shè)計(jì) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 王興江 院 系 濱江學(xué)院 專

2、 業(yè) 指導(dǎo)教師 二Ｏ一二 年 月 日 【摘要】 由于音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用單片定時(shí)/計(jì)數(shù)器T產(chǎn)生不同的頻率的組合，從而構(gòu)成音樂。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的大體功能：當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵子被按下，則快速檢測出是那一個(gè)鍵子，然后單片機(jī)的定時(shí)就會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。定時(shí)器被啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖通過P3串口并驅(qū)動喇叭發(fā)音。同時(shí)鍵值顯示在LED顯示器上。 【關(guān)鍵詞】 單片機(jī)

3、 電子琴 AT89C51 一、引言 1.1 電子琴設(shè)計(jì)的背景 隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣。 基于當(dāng)前市場上的玩具市場需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。單片機(jī)技術(shù)使我們可以利用軟硬件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而實(shí)現(xiàn)電子琴的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進(jìn)行一定的功能擴(kuò)展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“k0”到“k16”鍵演奏從低So到高DO等16個(gè)音，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。 1.2 電子琴設(shè)計(jì)的意義 該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)可以隨意彈奏想要表

4、達(dá)的音樂； (2)制作簡單，成本低。 （3）比傳統(tǒng)電子琴功能更完善。 1.3 電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo) 由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡單易操作。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，比較理想化的對于我們課程設(shè)計(jì)來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價(jià)格或是常見度上均是可行的。 2、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展并完成課程設(shè)計(jì)的主要問題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。通過分析

5、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)的開發(fā)是完全可行的。 二．系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì)任務(wù) 基于MCS系列單片機(jī)AT89C51。設(shè)計(jì)一個(gè)簡易電子琴 2.功能描述 1)利用所給鍵盤的1，2，3，4，5，6，7，8八鍵，能夠發(fā)出8個(gè)不同的音符。 2）并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開延時(shí)一段時(shí)間停止，中間再按別的鍵則發(fā)出另一音符的聲音。 3）使用LED數(shù)碼管顯示8個(gè)不同的音調(diào)。 4）如果在一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一鍵被按下，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音。 5)@增加變調(diào)鈕“UP1”,“UP2”,“DN1

6、”,“DN2”,在按下“0—8”音符時(shí)，變調(diào)鍵，產(chǎn)生相應(yīng)的變調(diào)，使用LED數(shù)碼管顯示變調(diào)情況。 6）☆其它功能 3.軟硬件描述 該課題主要由軟件及其硬件兩個(gè)基本部分共同完成。硬件主要部分：4x4矩陣式鍵盤（主要用于音符的輸入以及變調(diào)的鍵值輸入，其與單片機(jī)的P0口連接）. MCS51-AT89單片機(jī)芯片. 兩位LED數(shù)碼管顯示器.以及一些基本外圍電路。軟件主要部分：運(yùn)用c語言進(jìn)行相應(yīng)的編程，其主要包括控制按鍵掃描程序，發(fā)聲主程序，以及顯示程序。 4.模塊描述 總體方案：本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為電子琴的控制核心，系統(tǒng)主要包括播放模塊.按鍵控制模塊以及顯示模塊。 電路設(shè)

7、計(jì)總體框圖 AT89C51 矩陣式按鍵輸入電路 LED數(shù)碼管 揚(yáng)聲器 電源時(shí)鐘電路 2步驟： A. 根據(jù)設(shè)計(jì)題目的具體要求及題目的設(shè)計(jì)提示， B. 利用Proteus軟件來畫原理圖（硬件）。 C. 利用Keil軟件進(jìn)行程序的編寫，執(zhí)行，及仿真。從而生成HEX文件調(diào) D. 將HEX文件導(dǎo)入原理圖的AT89C51中進(jìn)行仿真 E. 試并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能 三 . 硬件電路設(shè)計(jì)及描述 總體原理圖： 1． 4x4矩陣鍵盤控制模塊 其與單片機(jī)的具體連接方式如下: （1）矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理 在中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了

8、減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成形式，如圖所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口P1就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。具體的識別及方法如下所述。 （2）矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 行掃描法 行掃描法又稱為逐行

9、（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。 a.判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 b.判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 程序掃描法就是調(diào)用鍵盤掃

10、描程序，查詢鍵盤并給予處理的方法。 1）查詢是否有鍵盤按下 2）延時(shí)去除抖動 3）確定下來按鍵所在的行. 列位置 具體框圖如下 開始 判斷是否有鍵按下? 確定按下哪個(gè)鍵 否 是 確定鍵值 調(diào)用顯示程序 調(diào)用發(fā)聲程序 2. 發(fā)聲模塊 揚(yáng)聲器與單片機(jī)的連接方式如圖 揚(yáng)聲器連接在P3.0口，當(dāng)有鍵盤按下時(shí)候，單片機(jī)會通過程序調(diào)用相應(yīng)鍵值，由P3.0輸出對應(yīng)的頻率信號，從而驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。 具體框圖如下： P3.0 檢測到頻率信號 揚(yáng)聲器發(fā)聲 驅(qū)動 3. 顯示模塊 2位LED數(shù)碼管與單片機(jī)的連接圖 圖中：1、2是公共端，

11、控制位碼，控制那個(gè)數(shù)碼管亮（左右），如果是共陰的則接低電平，若為供陽的則相反。，a-g、dp是控制斷碼，控制9個(gè)二極管的亮暗，可以直接接51的輸出口（P0要加上拉電阻），如果是共陰的則接高電平來使數(shù)碼管亮，若為供陽的則相反。用8位碼控制，用16進(jìn)制表示！二極管從最上面順時(shí)針分別為a,b,c,d,e,f中間橫線為g，點(diǎn)為dp。 4 設(shè)計(jì)的核心部件及其外圍基本電路 AT89C51簡介 　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱。A

12、T89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列 　　VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為輸入。P0能夠用于外部

13、程序數(shù)據(jù)存儲器，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門電流。P1口管腳寫入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門電流，當(dāng)P2口被寫“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

14、入時(shí)，P2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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(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和控制信號。 　　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門電流。當(dāng)P3口寫入“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口也可作為AT89C51的一些特殊功

15、能口，口管腳 備選功能 　　P3.0 RXD（串行輸入口） 　　P3.1 TXD（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)存儲器寫選通） 　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 　　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)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖

16、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，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對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)存儲器時(shí)，將跳過一個(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，置位無效。 　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)

17、。 　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。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。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 四. 軟件設(shè)計(jì)思想及流程 在程序中根據(jù)相應(yīng)的音符只做一個(gè)頻率表，當(dāng)單片機(jī)檢測到鍵值的時(shí)候，主程序?qū)⒆詣诱{(diào)用表格中的程序，發(fā)出相應(yīng)的信號驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)LED數(shù)碼管顯示其鍵值（音調(diào)）。本設(shè)計(jì)的題目

18、包括，按鍵程序，主程序等幾個(gè)部分組成。具體流程圖如下： 執(zhí)行程序 掃描P1外接的鍵盤程序 調(diào)用主程序 發(fā)聲 顯示 返回 開始 是否有按鍵按下？ Y N 放開按鍵 五．硬件的調(diào)試過程及調(diào)試方法 1)由于本次設(shè)計(jì)并沒有進(jìn)行實(shí)際硬件的實(shí)做，所以我們本次對硬件的調(diào)試過程僅僅局限于電路圖的修改調(diào)試。一開始仿照題目進(jìn)行畫圖仿真，我們并沒得到相應(yīng)的結(jié)果。 2)對于軟件我們便是不斷檢查并修改C程序，從而形成合格的HEX文件。驅(qū)動單 片機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 六．重要程序及源代碼 /****************

19、********************************************* 程序功能 : 對4×4矩陣鍵盤進(jìn)行掃描，顯示鍵值和輸出聲音 **************************************************************/ #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit SPK = P3^0; //P3.0外接揚(yáng)聲器 uint Freq

20、Temp; unsigned int code Key[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71}; unsigned int code Freqtab[] = { //定時(shí)半周期的初始值 64021,64103,64260,64400, //低音3 4 5 6 64524,64580,64684,64777, //低音7,中音1 2 3 64820,64898,64968,65030, //中音

21、4 5 6 7 65058,65110,65157,65178}; //高音1 2 3 4 /************************************************************* * 函數(shù)功能 : 用掃描法讀 P1 外接 4×4 鍵盤 * 函數(shù)返回 : 按下鍵：返回0~15、如無鍵按下：返回0 **************************************************************/ uchar Keyscan(void) { uchar i, j, temp, Buffer

22、[4] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7}; for(j = 0; j <4 ; j++) { //循環(huán)四次，掃描四行 P1 = Buffer[j]; //在低四位分別輸出一個(gè)低電平 temp = 0x80; //計(jì)劃先讀出P1.7位 for(i = 0; i < 4; i++) { //循環(huán)四次，檢查四列 if(!(P1 & temp)) { //從高四位，截取1位 return (i + j *4 ); //返回取得的按鍵值

23、 } temp >>= 1; //換右邊一位 } } return 16; //沒有鍵按下就返回16 作為誤判動作 } /************************************************************** * 名稱： Display(uchar k) * 功能：顯示鍵值（音調(diào)或者音符） * 輸入： k (鍵盤數(shù)值) * 輸出： P0口輸出七段碼，P2口輸出位選碼（根據(jù)要求這里只輸出一位） ***************

24、************************************************/ void Display(uchar k) { P0 = Key[k]; } /************************************************************** * 主函數(shù) ***************************************************************/ void Main(void) { uchar Key_Value = 16, Key_Temp1, K

25、ey_Temp2;//讀出的鍵值 TMOD = 0x01; //T0定時(shí)方式1 ET0 = 1; //允許T0中斷 EX0 = 1; //允許X0中斷 EA = 1; while(1) { TR0 = 0; //暫不發(fā)音 Key_Temp1 = Keyscan(); //讀入按鍵 if(Key_Temp1 != 16) {

26、//有鍵按下 Display(Key_Value); //顯示鍵值、延時(shí)消抖 Key_Temp2 = Keyscan(); //再讀一次 if (Key_Temp1 == Key_Temp2) {//兩次相等 Key_Value = Key_Temp1; //就確認(rèn)下來 FreqTemp = Freqtab[Key_Value]; //根據(jù)鍵值，取出定時(shí)半周期的初始值 Display(Key_Value); //顯示 TR0 = 1;

27、 //啟動定時(shí)器，發(fā)音 while (Keyscan() < 16); //等待釋放 SPK = 1; //停止發(fā)音 } } } } //============================================================== void T0_INT(void) interrupt 1 { TL0 = FreqTemp; //載入定時(shí)半周期的初始值 TH0 = FreqTemp >> 8;

28、 SPK = ~SPK; //發(fā)音 } 七. 課程設(shè)計(jì)體會 兩個(gè)周的實(shí)訓(xùn)時(shí)間很快就結(jié)束了，比起一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)學(xué)習(xí)。真的很短很短！但這期間的學(xué)習(xí)及其收獲卻很多很多。說句實(shí)話，我們這組的兩個(gè)成員單片機(jī)基礎(chǔ)只是不是很好。因此選題時(shí)都不敢選太難的，但是通過這幾天的不斷學(xué)習(xí)不斷探索。雖然最后的結(jié)果部是太令我們滿意，但是我們通過這次，加深了對單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會了如何去查閱所需的資料。這個(gè)過程中，我們花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，更重要的是，我們在學(xué)會創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，同時(shí)還懂得合作精神的重要性，學(xué)會了與他人合作。 另外很感謝學(xué)

29、校和老師給我們安排了這次課程設(shè)計(jì)，通過這次實(shí)訓(xùn)我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在書本上的知識與實(shí)際的應(yīng)用存在著不小的差距，書本上的知識很多都是理想化后的結(jié)論，忽略了很多實(shí)際的因素，或者涉及的不全面，可在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)這些是不能被忽略的，我們不得不考慮這方的問題，這讓我們無法根據(jù)書上的理論就輕易得到預(yù)想中的結(jié)果，有時(shí)結(jié)果甚至很差別很大。通過這次實(shí)踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，我們在今后的學(xué)習(xí)工作中會更加的注重實(shí)際，努力提高自己的動手能力。 八.參考文獻(xiàn) 1.周向紅. 51單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011. 2.吳亦鋒. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)。北京：電子工業(yè)出版社，2010. 3.杜洋. 愛上單片機(jī)。北京：人民郵電出版社，2010. 4.王守中. 51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例。北京：人民郵電出版社. 5.唐浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì)。 北京:清華大學(xué)出版社，2005. 專心---專注---專業(yè)