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1、基于單片機(jī)控制的電子琴設(shè)計(jì) 摘 要電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，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AT89c51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、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16個(gè)按鍵和揚(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，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 89C51 LM386 Abstract Electronic organ is a mo
2、dern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It played an important role in modern music. MCU has powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content
3、 is AT89C51 control of the core components, design of a electronic organ. MCU as a host to the core, with the keyboard, speaker and other core modules. In the main control module has 16 keys and a speaker. The system is steady, its simple hardware circuits, software functions, reliability of control
4、 system and high cost performance is its advantages. It also has certain practical and reference value.Keywords：MCU 89C51 LM386目錄緒論4第一章 總體方案51.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求51.2 電子琴系統(tǒng)的組成51.3 系統(tǒng)框圖5第二章 硬件簡(jiǎn)介72.1 AT89C5172.1.1 AT89C51簡(jiǎn)介72.1.2 主要的功能特性72.1.3 管腳功能82.1.4 芯片擦除92.2 矩陣式鍵盤的識(shí)別92.2.1. 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理92.2.2. 矩陣式鍵盤的按鍵識(shí)別方法1
5、02.2.3. 鍵盤接口必須具有的4個(gè)基本功能。102.3 LM386音頻放大電路112.3.1 LM386音頻放大電路原理112.3.2 LM386引腳圖122.3.3 LM386應(yīng)用電路132.3.5 用LM386設(shè)計(jì)的音頻放大電路16第三章 軟件設(shè)計(jì)173.1 音樂彈奏設(shè)計(jì)173.2 整體程序處理流程圖18第四章 調(diào)試與制作204.1 調(diào)試過程204.2 制作過程20第五章 結(jié)論23致 謝24參考資料25附錄1 單片機(jī)口線分布26附錄2 完整程序27附錄3 電路原理圖32附錄4 PCB制版33緒論 隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，芯片生產(chǎn)廠家把中央處理器CPU，隨機(jī)存取內(nèi)存RAM，只讀存
6、儲(chǔ)器ROM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊集成電路芯片（硅片）上，形成芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，直譯為單片機(jī)。單片機(jī)雖只是一個(gè)芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義，又稱微型處理部件MCU（Micro Controller Unit）,單片機(jī)商品名稱為微控制器單元。雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號(hào)處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，隨著單片機(jī)性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。單片機(jī)技
7、術(shù)發(fā)展非?？欤阅壳暗漠a(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計(jì)；及時(shí)掌握最新的單片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用系統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命力。在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求?，F(xiàn)在，盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有可以想象和拓展的空間。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小
8、型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件（編程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng)就是以單片機(jī)為主要元
9、器件設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴，這只是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)點(diǎn)，由點(diǎn)及面，希望可以更好的了解和應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)。 之所以以單片機(jī)電子琴為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細(xì)微處著手，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不足，對(duì)目前日益廣泛應(yīng)用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識(shí)，使理論和實(shí)踐相得益彰。 通過單片機(jī)電子琴這個(gè)選題，更深層次的了解了單片機(jī)技術(shù)，以前只是有理論，實(shí)踐的機(jī)會(huì)不是很多，在作單片機(jī)電子琴這個(gè)選題的過程中，更加熟練的掌握了一些單片機(jī)芯片的應(yīng)用，也解決了很多以前理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題，可謂對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)小的飛躍。第一章 總體方案1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)分為兩
10、個(gè)部分，一個(gè)是鍵盤彈入，另一個(gè)就是電子琴演奏。 關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī)C語(yǔ)言，利用定時(shí)器來控制頻率，而每個(gè)音符的符號(hào)只是存在我自己定義的表中。具體要求如下： 1.要求達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡(jiǎn)單的樂曲。 2.用鍵盤作出電子琴的按鍵，每鍵代表一個(gè)音符。 3.各音符按一定的順序排列，必須符合電子琴的按鍵排列順序。 5.彈奏電子琴時(shí)能播放出準(zhǔn)確的聲音1.2 電子琴系統(tǒng)的組成單片機(jī)因體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉而得到廣泛應(yīng)用。AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)微型電子琴的方法，僅需AT89C51最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤，再接一個(gè)音頻放大電路。聲音輸出部分：聲音實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)。本文介紹用AT
11、89C51的兩個(gè)定時(shí)器（如T0，T1）控制，在P2.0腳上輸出方波周期信號(hào)，產(chǎn)生樂音，通過矩陣鍵盤按鍵產(chǎn)生不同的音符，由此操作人員可以隨心所欲的彈奏自己所喜愛的樂曲，這樣就做出了一臺(tái)微型電子琴。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可彈奏出我們所想要的音樂了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。演奏中，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符的時(shí)間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個(gè)表
12、，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。電子琴?gòu)椬嗖糠郑簩?shí)際上就是把每個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的值經(jīng)過處理后發(fā)給單片機(jī)，再在單片機(jī)內(nèi)把數(shù)字當(dāng)作指針指向所對(duì)應(yīng)的音符。1.3 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)通過電子琴按鍵隨意鍵入所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識(shí)別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。通過這樣可以不斷的彈奏音樂。嵌入式電路，按鍵電路，音頻放大電路。其主要模塊由三個(gè)部分組成,具體關(guān)系如圖2-1所示:圖1-1電子琴框圖上圖即為此次設(shè)計(jì)中的電子琴的硬件結(jié)構(gòu)圖，我們運(yùn)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，用P0口的高四位和P0口的低四位作4X4矩陣式按鍵的接口，用P2.0作信號(hào)輸出口。
13、第二章 硬件簡(jiǎn)介圖2-1 AT89C512.1 AT89C512.1.1 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C5
14、1是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖3-1所示。2.1.2 主要的功能特性 與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2.1.3 管腳功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)
15、，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(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
16、入。并因此作為輸入時(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(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
17、能口，如下表所示：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(chǔ)器寫選通）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)。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(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
18、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(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
19、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。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.1.4 芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電
20、擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。圖2-2 AT89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2 矩陣式鍵盤的識(shí)別2.2.1. 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩
21、陣形式。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（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)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)，所有的輸出端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，
22、則輸入線就會(huì)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(shí)別及編程方法如下所述。2.2.2. 矩陣式鍵盤的按鍵識(shí)別方法確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。1、判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測(cè)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(wú)鍵按下。2、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
23、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(cè)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。2.2.3. 鍵盤接口必須具有的4個(gè)基本功能。 （1）去抖動(dòng):每個(gè)按鍵在按下或松開時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為520mm。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無(wú)誤。去抖問題可通過軟件延時(shí)或硬件電路解決。 （2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問題。常用的方法有雙鍵鎖定和N鍵輪回兩
24、種方法。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí)，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼。N鍵輪回，是當(dāng)檢測(cè)到有多個(gè)鍵被按下時(shí)，能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼。 （3）被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過行列顛倒兩次掃描來識(shí)別閉合鍵，為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入/輸出端口。 （4）鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼，
25、一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。用AT89C51的并行口P0接44矩陣鍵盤，以P0.0P0.3作輸入線，以P0.4P0.7作輸出線；在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“0F”序號(hào)。圖2-3 44鍵盤電路圖2.3 LM386音頻放大電路2.3.1 LM386音頻放大電路原理 LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386內(nèi)部電路原理圖如下圖所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)三級(jí)放大電路。第一級(jí)為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；
26、T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負(fù)載；T3和T4信號(hào)從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。第二級(jí)為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。第三級(jí)中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管D1和D2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL（省去輸出變壓器的功率放大電路通常稱為OTL電路。其中，OTL為Output TransformerLe
27、ss 的縮寫）電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。2.3.2 LM386引腳圖LM386的外形和引腳的排列如下圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。查L(zhǎng)M386的datasheet，電源電壓4-12V或5-18V(LM386N-4)；靜態(tài)消耗電流為4mA；電壓增益為20-200dB；在1、8腳開路時(shí)，帶寬為300KHz；輸入
28、阻抗為50K；音頻功率0.5W。 盡管LM386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來的瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。1、通過接在1腳、8腳間的電容（1腳接電容+極）來改變?cè)鲆?，斷開時(shí)增益為20dB。因此用不到大的增益，電容就不要接了，不光省了成本，還會(huì)帶來好處-噪音減少，何樂而不為？2、PCB設(shè)計(jì)時(shí)，所有外圍元件盡可能靠近LM386；地線盡可能粗一些；輸入音頻信號(hào)通路盡可能平行走線，輸出亦如此。這是死理，不用多說了吧。3、選好調(diào)節(jié)音量的電位器。質(zhì)量太差的不要，否則受害的是耳朵；阻值不要太大，10K最
29、合適，太大也會(huì)影響音質(zhì)，轉(zhuǎn)那么多圈圈，不煩那！4、盡可能采用雙音頻輸入/輸出。好處是：“”、“”輸出端可以很好地抵消共模信號(hào)，故能有效抑制共模噪聲。5、第7腳（BYPASS）的旁路電容不可少！實(shí)際應(yīng)用時(shí)，BYPASS端必須外接一個(gè)電解電容到地，起濾除噪聲的作用。工作穩(wěn)定后，該管腳電壓值約等于電源電壓的一半。增大這個(gè)電容的容值，減緩直流基準(zhǔn)電壓的上升、下降速度，有效抑制噪聲。在器件上電、掉電時(shí)的噪聲就是由該偏置電壓的瞬間跳變所致，這個(gè)電容可千萬(wàn)別省??！6、減少輸出耦合電容。此電容的作用有二：隔直 + 耦合。隔斷直流電壓，直流電壓過大有可能會(huì)損壞喇叭線圈；耦合音頻的交流信號(hào)。它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一
30、階高通濾波器。減小該電容值，可使噪聲能量沖擊的幅度變小、寬度變窄；太低還會(huì)使截止頻率（fc1/(2*RL*Cout)）提高。分別測(cè)試，發(fā)現(xiàn)10uF/4.7uF最為合適，這是我的經(jīng)驗(yàn)值。7、電源的處理，也很關(guān)鍵。如果系統(tǒng)中有多組電源，太好了！由于電壓不同、負(fù)載不同以及并聯(lián)的去耦電容不同，每組電源的上升、下降時(shí)間必有差異。非?？尚械姆椒ǎ簩⑸想姟⒌綦姇r(shí)間短的電源放到+12V處，選擇上升相對(duì)較慢的電源作為L(zhǎng)M386的Vs，但不要低于4V，效果確實(shí)不錯(cuò)！2.3.3 LM386應(yīng)用電路1、電壓增益為20的放大電路2、電壓增益為50的放大電路3、電壓增益為200的放大電路4、在85Hz具有6db增益的放大
31、電路5、收音機(jī)中的LM386:2.3.5 用LM386設(shè)計(jì)的音頻放大電路圖2-4 LM386設(shè)計(jì)的音頻放大電路第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 音樂彈奏設(shè)計(jì)一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可?，F(xiàn)在以單片機(jī)12MHZ晶振為例，例出高中低音符與單片機(jī)計(jì)數(shù)T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如下表所示音符頻率（HZ）簡(jiǎn)譜碼（T值） 音符頻率（HZ）簡(jiǎn)譜碼（T值）低1DO26263628# 4
32、 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030# 4 FA#37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400 # 2 RE#124565134# 646664463高 3 M131865157低 7 SI49
33、464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283下面我們要為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，有助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)低音019之間，中音在2039之間，高音在4059之間 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10TABLE:DW 0 ,63628,6
34、3835,64021,64103,64260,64400,64524,0 ,0DW 0 ,63731,63928,0 ,64185,64331,64463,0 ,0 ,0DW 0 ,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0 ,0DW 0 ,64633,64732,0 ,64860,64934,64994,0 ,0 ,0DW 0 ,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0 ,0DW 0 ,65085,65134,0 ,65198,65235,65268,0 ,0 ,0DW 0unsigned int co
35、de tab=64021,64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178; 2、音樂的音拍，一個(gè)節(jié)拍為單位（C調(diào)）曲調(diào)值DELAY 曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125ms 調(diào)4/462ms調(diào)3/4187ms 調(diào)3/494ms調(diào)2/4250ms 調(diào)2/4125ms對(duì)于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器來完成。3.2 整體程序處理流程圖圖3-1 整體程序處理流程圖第四章 調(diào)試與制作4.1 調(diào)試過程在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)P2.0輸出的音頻信號(hào)過小，所以加了
36、一個(gè)PNP的三極管進(jìn)行放大。4.2 制作過程1.先將發(fā)到的元器件，焊接到已經(jīng)制成的印刷電路板上，用普通按鈕進(jìn)行調(diào)試2.對(duì)外殼進(jìn)行鉆孔，把16個(gè)鉆孔按照愛心形狀排列。并且將新按鈕按照愛心的形狀排列在2塊萬(wàn)能板上進(jìn)行焊接。將焊接的2塊萬(wàn)能板對(duì)準(zhǔn)插進(jìn)外殼已經(jīng)打孔完成的孔內(nèi)并固定。將愛心鍵盤的線引出。同理，把開關(guān)和喇叭的線也引出來。3.把鍵盤、喇叭、開關(guān)上面引出的先焊接到印刷電路板上，這樣就完成了外部元器件的引出工作。4.將印刷電路板固定在底部盒子上，并且蓋上蓋子。5.對(duì)外殼進(jìn)一步美化。第五章 結(jié)論將程序?qū)階T89C51芯片,調(diào)試成功后,可任意彈奏自己想要的旋律。本課題通過制作電子琴，將幾個(gè)模塊很好
37、的融合起來，對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。說明一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，于是我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可，然后我們利用功放電路來將音樂聲音放大。通過這次課程設(shè)計(jì)，我感覺收獲了很多：首先，通過實(shí)踐，加深對(duì)單片機(jī)系列知識(shí)及其系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。這個(gè)設(shè)計(jì)題目并不是新的，但從中能體現(xiàn)到一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的過程，足于讓
38、我們受益。第二，通過設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)到了很多軟件的使用。本次設(shè)計(jì)，軟件部分用到了用keil進(jìn)行程系編譯，用protel進(jìn)行制板。第三，提高了自己的動(dòng)手能力。動(dòng)手在一定程度上反映了一個(gè)人的能力，作為當(dāng)代大學(xué)生，社會(huì)要求的我們不是只能說而不能做的人才；作為電機(jī)的一員，三能人才標(biāo)準(zhǔn)更讓我們清醒地認(rèn)識(shí)到，實(shí)際動(dòng)手能力無(wú)比重要。從這次實(shí)物制作中，我的動(dòng)手能力提高了，更加進(jìn)一步提高了我們對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知度，一個(gè)好的產(chǎn)品不光要有好的功能，更要有一個(gè)漂亮的外觀，這次的課程設(shè)計(jì)與以往的最大不同在于要對(duì)已經(jīng)制作的板子進(jìn)行包裝，所以也鍛煉了我們的藝術(shù)細(xì)胞。感謝學(xué)院給了我們這次實(shí)踐動(dòng)手的機(jī)會(huì)，更感謝我們的劉老師教育了我們單片機(jī)相
39、關(guān)知識(shí)。 致 謝能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、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 老師。劉老師在我課程設(shè)計(jì)過程中，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開始選題到中期修正，再到最終定稿， 老師給我提供了許多寶貴建議。劉老師淵博的專業(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)給我們教過數(shù)字電路和模擬電路的 老師和 老師，老師們教
40、會(huì)我的不僅僅是專業(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，感謝我的室友及其他好友，因?yàn)橛心銈兊膸椭?，我的設(shè)計(jì)得以順利完成。感謝你們，三周給我了那么多的幫助和支持。參考資料1 康年光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）.高等教育出版社.2005.07 2 劉樂喜.微機(jī)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.華中科技大學(xué)出版社.2005.083 謝嘉奎.電子線路（線性部分）.高等教育出版社.2004.044 潭浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2005.075 李群芳，肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社.2005.036 馮博琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.20047 長(zhǎng)德
41、，李華，李東.MCS51/98系列單片機(jī)原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.19978 李群芳，張士軍，黃建.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社.20029 石東海等.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通.西安電子科技大學(xué)出版社.200210 謝自美等.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試（第二版）.華中科技大學(xué)出版社.200011 R.L.Geiger,P.E.Allen,N.R.Strader.VLSI.DLSI Design Techniques for Analog And Digital Ciruits.McGraw-Hill Inc.199012N.R.Mallik.Electronic Ciru
42、its-Analysis Simulation and Design.Prentice Hall,1995.附錄1 單片機(jī)口線分布P0口低四位作為鍵盤的輸入P0口高四位作為鍵盤的輸出P2.0作為音頻信號(hào)輸出端附錄2 完整程序#include sbit P2_0=P20;sbit P0_4=P04;/橫1 sbit P0_5=P05;/橫2sbit P0_6=P06;/橫3sbit P0_7=P07;/橫4unsigned char temp; unsigned char key; unsigned char i,j; unsigned char STH0; unsigned char STL0
43、; unsigned int code tab=64021,64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178; void main(void) TMOD=0 x01; ET0=1; EA=1; while(1) P0=0 xff; P0_4=0; temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P0; temp=temp & 0 x0f; i
44、f (temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; switch(temp) case 0 x0e: key=3; break; case 0 x0d: key=2; break; case 0 x0b: key=1; break; case 0 x07: key=0; break; temp=P0; /多P2_0=P2_0; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0 x0f; while(temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; TR0=0; P0=
45、0 xff; P0_5=0; temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; switch(temp) case 0 x0e: key=7; break; case 0 x0d: key=6; break; case 0 x0b: key=5; break; case 0 x07: key=4; break; temp=P0; /多P2_0=
46、P2_0; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0 x0f; while(temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; TR0=0; P0=0 xff; P0_6=0; temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; switch(tem
47、p) case 0 x0e: key=11; break; case 0 x0d: key=10; break; case 0 x0b: key=9; break; case 0 x07: key=8; break; temp=P0; /多P2_0=P2_0; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0 x0f; while(temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; TR0=0; P0=0 xff; P0_7=0; temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!
48、=0 x0f) for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P0; temp=temp & 0 x0f; if (temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; switch(temp) case 0 x0e: key=15; break; case 0 x0d: key=14; break; case 0 x0b: key=13; break; case 0 x07: key=12; break; temp=P0; /多P2_0=P2_0; STH0=tabkey/256; STL0=tabkey%256; TR0=1; temp=temp & 0 x0f; while(temp!=0 x0f) temp=P0; temp=temp & 0 x0f; TR0=0; void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=STH0; TL0=STL0; P2_0=P2_0; 附錄3 電路原理圖附錄4 PCB制版34
課程設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)控制的電子琴設(shè)計(jì).doc
