2017畢業(yè)論文-基于AT89S52單片機的簡易電子琴設計.doc

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1、畢 業(yè) 設 計（論 文）簡易電子琴設計教 學 系： 信息工程系 指導教師： xxx xxx 專業(yè)班級： 電信xxxx 學生姓名： xxx xxx 2011年六月畢業(yè)設計(論文)開題報告題目簡易電子琴設計1目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）：隨著當代科學技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們的日常生活中占據(jù)著越來越重要的地位。電子琴作為其中的一個典型代表，引領著許多孩子進入音樂的殿堂。因此，我們選擇了簡易電子琴這個題目來制作，因為它不僅能夠提高我的實踐動手能力，還與實際生活有著緊密地聯(lián)系。單片機是一門實踐性很強的課程，而此次課程設計依據(jù)的理論基礎是單片機的相關知識。其主要目的是通過本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學生的

2、創(chuàng)造性思維，進一步理解數(shù)字系統(tǒng)的概念，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術，裝握查閱有關資料的技能。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性價比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用

3、的主要市場，成為國內(nèi)單片機領域中的主流。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。隨著科技的不斷進步，單片機技術也有新的發(fā)展方向。如嵌入式單片機和嵌入式Internet 技術。Machz單芯片 pc是嵌入式單片機的進一步發(fā)展和延伸，是微電子技術發(fā)展的必然產(chǎn)物。它的內(nèi)核為帶浮點單元的 486處理器，集成了 Pentium 的 I/O設備：南橋、北橋、PCI、ISA、USB、EIDS 接口以及1SUPER-I/O 接口?！扒度胧絀nternet”并非一般意義上的“嵌入式循控制囂”概念，而是后 pc 時

4、代信息技術發(fā)展的必然產(chǎn)物。前幾部分介紹的嵌入式MCU，已經(jīng)在工業(yè)的各個領域和家庭都得到了十分廣泛的應用。但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)尚處于單獨應用階段。如果將這些互相獨立的分散的嵌入式系統(tǒng)再連接到 Internet 上，就可方便地、低廉地將信息傳送到幾乎世界的任何地方一一這就是嵌入式 Internet。AT89S52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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可

5、編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 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。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編

6、程 Flash AT89S52?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能

7、起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上?？傊?，單片機技術經(jīng)歷了這些年的發(fā)展有了很大的進步和提高.隨著科技的進步.我們有理由相信單片機技術一定有更美好的未來。2基本內(nèi)容和技術方案：用一個單片機最小系統(tǒng)的設計一簡易電子琴，按下不同按鍵，能夠發(fā)出不同的聲音。通過每個按鍵的控制使單片機系統(tǒng)輸出不同頻率的脈沖，經(jīng)過揚聲器發(fā)出不同頻率音調(diào)，且能播放多首歌曲。1.系統(tǒng)硬件電路設計 本控制器以單片機系統(tǒng)為核心

8、，設計能滿足上述目標的單片機最小應用系統(tǒng)。該設計要實現(xiàn)一種由單片機控制的電子琴，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。該設計具有11個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本次課程設計的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-Em

9、itting Diode）是一種外加電壓從而流過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器(如圖b所示)，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖c所示)。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管ag控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要畫出電路圖，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行正確的字

10、型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來。 （a）外形 （b）共陽極 (C)共陰極單片機主程序模塊通過對鍵盤掃描程序信號的讀取，在通過對應的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號。在這一過程中，對數(shù)碼管編碼是直接賦值，對聲音信號則是通過中斷程序進行控制。數(shù)碼管顯示模塊核心是共陽級數(shù)碼管，通過來自單片機I/O口的電平高低來點亮和熄滅數(shù)碼管上的發(fā)光二極管，通過單片機送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應用人員可以很容易的理解按鍵按下所對應的音符。數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖由于單片機驅(qū)動能力不夠，在處理音符信號時，需加功率放大裝置，因LM386芯片具有低功耗、高增益的特點，

11、這合適單片機低功耗輸出，所以加裝LM386音頻信號放大器對信號進行放大。2.系統(tǒng)軟件設計編寫實現(xiàn)系統(tǒng)功能的源程序，進行仿真調(diào)試，并進行編譯與固化。了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關系。在本實驗中，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值T的對照如下表：音符頻率（HZ）計數(shù)值（T值）音符頻率（

12、HZ）計數(shù)值（T值）低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83194934#2RE#31163928中6LA88064968低3MI33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI96865030#4FA#37064185低1DO104665058低SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3MI131865157低7SI49464524

13、高4FA139765178中1DO52364580#4FA#149065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764633#5SO#166165235#2RE#62264884高6LA176065252中3MI65964732#6LA#186565268中4FA69864820高7SI196765283音符頻率與計數(shù)值T的對照表T的值決定了TH0和TL0的值，其關系為：TH0=T/256，TL0=T%256該程序設計思路比較清晰既從開始到聲明變量與函數(shù)再到讀取按鈕開關，判斷是否按下，然后就是一個一個按鈕的動作。其主程序如下：主程序框圖3進度安排：4指導老師意見：

14、指導教師簽名： 年 月 日注：1. 開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在畢業(yè)設計開始后三周內(nèi)完成；2設計的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術方案至少400字；3指導教師意見應從選題的理論或?qū)嶋H價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學生的論證充分否、學生能否完成課題，達到預期的目標。鄭 重 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人簽名： 日期： 目 錄【摘

15、要】21 緒論41.1 電子琴設計的背景意義41.2 電子琴設計的目標41.3方案比較以及選擇42硬件設計及說明52.1系統(tǒng)組成及總體框圖52.2元件簡介52.21 AT89S5252.22 LM38672.23 LED數(shù)碼管92.3 各功能模塊原理圖102.31 AT89S52模塊電路原理圖102.32 鍵盤掃描模塊原理圖112.33 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖112.34 音頻處理模塊電路原理圖123軟件設計123.1 音樂相關知識123.2如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍133.3如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖133.4系統(tǒng)總體功能流程圖134系統(tǒng)調(diào)試164.1硬件調(diào)試164.2 軟件調(diào)試165課程設

16、計總結(jié)以及心得體會17致謝18參考文獻18附錄20摘 要隨著社會的發(fā)展進步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設計一個基于單片機的簡易電子琴。我們對于電子琴如何實現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強弱控制、節(jié)拍器、自動放音功能等等也很好奇。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，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(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AT89S52單片機為核心控制元件，設計一個電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤

17、、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有16個按鍵和揚聲器。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。關鍵詞：AT89S52 單片機 電子琴ABSTRACTWith 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. We will find time to enjoy the world

18、 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 role in single chip is a powerful contro

19、l functions and flexible programming characteristics, It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89C52 control of the core components, Design of an electronic organ, single chip as a host to the core, with the keyboard, speakers and other core mod

20、ules 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 value.Key words : AT89S52 single chipMCU

21、 keyboard1 緒論1.1電子琴設計的背景及意義隨著當代科學技術的發(fā)展，電子產(chǎn)品在人們的日常生活中占據(jù)著越來越重要的地位。電子琴作為其中的一個典型代表，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，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(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，我們選擇了簡易電子琴這個題目來制作，因為它不僅能夠提高我的實踐動手能力，還與實際生活有著緊密地聯(lián)系。單片機是一門實踐性很強的課程，而此次課程設計依據(jù)的理論基礎是單片機的相關知識。其主要目的是通過本課程的培養(yǎng)，啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，進一步理解數(shù)字系統(tǒng)的概念，

22、掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，掌握小型數(shù)字系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術，裝握查閱有關資料的技能。單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。1.2 電子琴設計的目標由于本設計主要用于人們娛樂方面，因此在設計上盡量使其安全以及簡單易操作。其次，在這次設計可行性上進行分析如下：1、經(jīng)濟可行性：所謂經(jīng)濟可行性，即在這次設計上需要投入資金的多少，由于課程設計是提高我們的動手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟上必須能夠

23、承受，比較理想化的對于我們課程設計來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價格或是常見度上均是可行的。2、技術可行性：技術可行性主要是分析技術條件上是否能夠順利開展并完成課程設計的主要問題，硬件、軟件能否滿足設計者的需要等。通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。綜上所述，本系統(tǒng)設計目標已經(jīng)明確，在經(jīng)濟與技術上均可行，因此本系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。31.3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。但該設計方案制作成本高且復雜。方案二：采用AT89S52單片機進行

24、控制，由于其性價比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲空間達到8K，使軟件設計有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級，使用方便，抗干擾性能提高。選擇方案：鑒于上述對比與分析，本設計采用方案二。2硬件設計及說明2.1系統(tǒng)組成及總體框圖硬件設計的任務是根據(jù)總體設計要求，在選擇的機型的基礎上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設計要實現(xiàn)一種由單片機控制的電子琴，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。該設計具有16個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生

25、器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路。210本例使用國家半導體公司的低壓音頻功率放大器LM386來實現(xiàn)音頻功放電路。按鍵音頻功放電路單片機AT89S52揚聲器LED顯示電路圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2元件簡介2.21 AT89S52 功能特性：AT89S52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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術

26、制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 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、定時器/計

27、數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 引腳說明：P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。

28、對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI

29、）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。主要性能：與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、

30、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符。圖2-2 AT89S52引腳圖 DIP封裝2.22 LM386 LM386是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于

31、電池供電的場合。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，廣泛應用于錄音機和收音機之中。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。圖2-3 LM386的封裝形式特性靜態(tài)功耗低,約為4mA,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬,4-12V or 5-18V。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào),20-200。 低失真度。圖2-5 LM386內(nèi)部電路原理圖LM386內(nèi)部電路原理圖如圖2-5所示。與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路. 第一級為差分放大電路，V1和V2、V3和V4分別構(gòu)成復合管，作為差分放大電路的放大管；V5和

32、V6組成鏡像電流源作為V2和V3的有源負載；V1和V4信號從管的基極輸入，從V3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 第二級為共射放大電路，V7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的V8和V9管復合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級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電路。輸出端（引腳5）應外接輸出電容后再接負載。電阻R3從輸出端連接到V3的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R1

33、和R2構(gòu)成反饋網(wǎng)絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。其典型應用電路如下： 圖2-6 放大器增益=20（最少器件）圖2-7音頻放大器電路2.23 LED數(shù)碼管本次課程設計的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而流過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。LED有單個LED和八段LED之分，也有共陰和共陽兩種。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖下圖所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器(如圖b所示)，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖c所示)。1位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，

34、其中七個發(fā)光二極管ag控制七個筆畫（段）的亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。此外，要畫出電路圖，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行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來。 （a）外形 （b）共陽極 (C)共陰極圖2-8 數(shù)碼管引腳數(shù)碼管使用注意事項說明：（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；焊接時間：5S（3）表面有保護膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。2.3 各功能模塊原理圖2.31 AT89S52模塊電路原理圖單片機主程序模塊通過對鍵盤掃描程

35、序信號的讀取，在通過對應的表，取出數(shù)碼管顯示編碼和定時器初始值以產(chǎn)生不同的聲音信號。在這一過程中，對數(shù)碼管編碼是直接賦值，對聲音信號則是通過中斷程序進行控制。圖2-9 AT89S52模塊電路原理圖2.32鍵盤掃描模塊電路原理圖對鍵盤掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程序編寫中，采用行掃描法，通過在p20p23上循環(huán)送出0掃描信號，p24p27輸入按鍵上的高低電平信息給單片機，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個開關按下，并送主程序以實現(xiàn)不同功能。圖2-10 鍵盤掃描模塊電路原理圖2.33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級數(shù)碼管，通過來自單片機I/O口的電平高低來點亮和熄滅數(shù)碼管

36、上的發(fā)光二極管，通過單片機送來的數(shù)碼管顯示編碼可以在數(shù)碼管上顯示數(shù)字和字符，使應用人員可以很容易的理解按鍵按下所對應的音符。圖2-11 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖2.34音頻處理模塊電路原理圖 由于單片機驅(qū)動能力不夠，在處理音符信號時，需加功率放大裝置，因LM386芯片具有低功耗、高增益的特點，這合適單片機低功耗輸出，所以加裝LM386音頻信號放大器對信號進行放大。圖2-12 音頻處理模塊電路原理圖3 軟件設計 本軟件設計關鍵是要實現(xiàn)一種由單片機控制的簡單音樂發(fā)生器，它由16個音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。3.1 音樂相

37、關知識 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，這7個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應的延時，構(gòu)成音樂。3.2如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關鍵組成部分。 節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用

38、延時來實現(xiàn)，如果1/4拍的延時是0.4秒，則1拍的延時是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設計中考慮到節(jié)拍的設置，由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時/計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調(diào)）具體如下表：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 表3-1 音樂節(jié)拍表3.3如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂的一些基

39、本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關系。在本實驗中，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值T的對照如下表：音符頻率（HZ）計數(shù)值（T值）音符頻率（HZ）計數(shù)值（T值）低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中5SO78464898低2RE29463835#5SO#8319

40、4934#2RE#31163928中6LA88064968低3MI33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI96865030#4FA#37064185低1DO104665058低SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3MI131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#149065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764633#5SO

41、#166165235#2RE#62264884高6LA176065252中3MI65964732#6LA#186565268中4FA69864820高7SI196765283 表3-2 音符頻率與計數(shù)值T的對照表T的值決定了TH0和TL0的值，其關系為：TH0=T/256，TL0=T%256。1143.4系統(tǒng)總體功能流程圖該程序設計思路比較清晰既從開始到聲明變量與函數(shù)再到讀取按鈕開關，判斷是否按下，然后就是一個一個按鈕的動作。其主程序如下：圖3-1 主程序框圖 圖3-2工作流程框圖4 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為兩大部分：硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。4.1硬

42、件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對單片機部分進行調(diào)試。在上電前，先確保電路中不在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。注意焊點之間，確保焊點沒有短接在一起，同時注意焊點的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。在確保硬件電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗原理是否正確，在本次設計中，上電調(diào)試主要鍵盤單片機控制部分、數(shù)碼管點亮部分、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，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字。2、鍵盤

43、單片機控制部分調(diào)試：上電后，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應的音正確。4.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。5 課程設計總結(jié)以及心得體會通過這次的單片機課程設計，我學到了不少課本上沒有的知識，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學過的零散的知識串到一起。首先在課程設計剛開始的調(diào)研階段，我學會了怎么通過各種方式查詢相關的資料。通過對這些資料的學習，我大致

44、了解了單片機的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，認識到目前單片機方面的各種各樣的發(fā)展，和它們之間的競爭。了解了單片機方面的先進技術，這些都為我的未來的學習指明了方向。我的課程設計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。并設計了一個單片機最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設計和硬件搭建的過程，使我對52系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，如LED數(shù)碼管，鍵盤等。在軟件方面，通過串行口調(diào)試工具的開發(fā)，使我加深了對累封裝的理解，熟悉了52系列單片機內(nèi)部的寄存器和編程規(guī)則，以及如何控

45、制外圍電路。 此外在學習單片機知識的時候?qū)τ谶@個領域有了更新更全面的認識。微型計算機的出現(xiàn)和大量使用將人類社會帶入一個新的時代，單片微型計算機(簡稱單片機)在其中扮演著十分重要的角色。雖然它沒有常見的PC那樣大的體積和重量，不會在辦公桌或控制臺上占據(jù)一個顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計算、控制、測量等智能活動的各個角落。自20世紀70年代問世以來，單片機以其體積小、可靠性高、控制功能強、使用方便、性能價格比高、容易產(chǎn)品化等特點，在智能儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)、家用電器等各個領域得到了廣泛應用，對各個行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動

46、作用，對人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的影響。作為21世紀的工科大學生，學好單片機，一方面可以加深對計算機原理和結(jié)構(gòu)的認識，另一方面也為自身在專業(yè)上的深入發(fā)展構(gòu)筑了一個很好的平臺其重要性怎么強調(diào)都不為過最后，感謝呂雪老師的精心指導，使我能夠完成這次課程設計。致 謝 這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導過我的老師，幫助過我的同學，一直支持著我的家人對我的幫助和鼓勵的結(jié)果。我要在這里對他們表示深深的謝意！ 首先，要特別感謝我的指導老師呂雪老師。呂老師在我畢業(yè)論文的撰寫過程中，給我提供了極大的幫助和指導。從開始選題到中期修正，再到最終定稿，呂老師給我提供了許多寶貴建議。老師豐富的專業(yè)知識，嚴謹

47、的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、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，老師們教會我的不僅僅是專業(yè)知識，更多的是對待學習、對待生活的態(tài)度。 第三，感謝我的父母親，謝謝你們對我的支持與鼓勵！ 再次，感謝我的室友及其他同學，因為有你們的幫助，我的論文得以順利完成。不會忘記，大學四年里我們一起度過的歡樂時光，那些開心的日子，總是那么令人難以忘懷。 最后對老師，同學和家人再次致以我最衷心的感謝！正因為有了你們，我的大學才算完整，有了你們我的

48、生活更加精彩。參考文獻【1】黃鑫,馬善農(nóng),趙永科.基于CPLD的電子琴研究與設計J.科技廣場,2007【2】吳金戌，沈慶陽，郭庭吉，8051單片機實踐與應用M清華大學出版社，2001【3】龍威林,楊冠聲,胡山.單片機應用入門:AT89S51和AVRM.北京:化學工業(yè)出版社,2008.【4】張毅剛，MCS-51單片機應用設計M哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004【5】李朝青. 單片機原理及接口技術M. 北京：北京航天航空大學出版色，2001【6】胡漢才. 單片機原理及其接口技術M. 北京：清華大學出版社，2004【7】陳明熒8051單片機課程設計實訓教材M北京：清華大學出版社，2003年9月【8】徐新

49、艷單片機原理、應用與實踐M北京：高等教育出版社，2005年3月【9】楊恢先,黃輝先.單片機原理及應用M.北京:人民郵電出版社,2006【10】張虹.單片機原理及應用M.北京:中國電力出版社,2009【11】趙亮,侯國銳.單片機C語言編程與實例M.北京:人民郵電出版社,2003【12】美Ashish Wilfred Meeta Gupta Kartik Bhatnagar著,劉永明，賀民譯. php專業(yè)項目實例開發(fā)J. 水利水電出版社，2003【13】Datasheet of Single chip 433/868/915 MHz Transceiver nRF903 ,Nordic VLSI，

50、2002【14】Fischer R A，Laakonen A S，Schulz N NA general pooling algorithm using a wireless AMR system for restoration confirmationIEEE Transon Power Systems，2001 附錄：電路圖 仿真圖鍵盤識別程序框圖語言源程序#includeunsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e

51、,0 x79,0 x71;unsigned char temp;unsigned char key;unsigned char i,j;void main(void)while(1)P3=0 xff;P3_4=0;temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)for(i=50;i0;i-)for(j=200;j0;j-);temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;switch(temp)case 0 x0e:key=7;break;case 0 x0d:key=8

52、;break;case 0 x0b:key=9;break;case 0 x07:key=10;break;temp=P3;P1_0=P1_0;P0=tablekey;temp=temp & 0 x0f;while(temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;P3=0 xff;P3_5=0;temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)for(i=50;i0;i-)for(j=200;j0;j-);temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0

53、x0f;switch(temp)case 0 x0e:key=4;break;case 0 x0d:key=5;break;case 0 x0b:key=6;break;case 0 x07:key=11;break;temp=P3;P1_0=P1_0;P0=tablekey;temp=temp & 0 x0f;while(temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;P3=0 xff;P3_6=0;temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)for(i=50;i0;i-)for(j=200;j0;j-);temp=P3;t

54、emp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;switch(temp)case 0 x0e:key=1;break;case 0 x0d:key=2;break;case 0 x0b:key=3;break;case 0 x07:key=12;break;temp=P3;P1_0=P1_0;P0=tablekey;temp=temp & 0 x0f;while(temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;P3=0 xff;P3_7=0;temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if

55、 (temp!=0 x0f)for(i=50;i0;i-)for(j=200;j0;j-);temp=P3;temp=temp & 0 x0f;if (temp!=0 x0f)temp=P3;temp=temp & 0 x0f;switch(temp)case 0 x0e:key=0;break;case 0 x0d:key=13;break;case 0 x0b:key=14;break;case 0 x07:key=15;break;temp=P3;P1_0=P1_0;P0=tablekey;temp=temp & 0 x0f;while(temp!=0 x0f)temp=P3;temp=

56、temp & 0 x0f; 11程序清單ORG 0000H ;初始位置00H JMP STARET ;跳到主程序 ORG 000BH ;定時器0中斷起始單元 JMP TIME0 ;跳到中斷程序 STARET: MOV TMOD,#00000001B;設定工作方式為1 MOV IE, #10000010B ;開中斷允許 SETB TR0L1: CALL KEY ;調(diào)用鍵盤掃描程序 CLR EA ;關中斷總允許 JB F0,L1 ;查詢鍵盤按下標志 MOV A,22H ;將鍵盤碼送單元A MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR ;將查詢的數(shù)碼管顯示碼送A MOV P0,A ;

57、將數(shù)碼管顯示碼送數(shù)碼管 MOV A,22H ;將鍵盤碼送單元A RL A ;數(shù)據(jù)倍乘 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR;將聲音編碼送A MOV TH0,A;將聲音編碼高位給TH0 MOV 21H,A;送聲音編碼給21H單元儲存 MOV A,22H RL A INC A MOVC A,A+DPTR;取聲音編碼地位給A MOV TL0,A;將聲音編碼送TL0 MOV 20H,A;將聲音編碼低位送20H儲存L2: CALL KEY;調(diào)用江畔掃描程序 SETB EA;開斷總允許 JB F0,L1;查詢鍵盤按下標志 JMP L2 ;沒有轉(zhuǎn)L2循環(huán)/*鍵盤掃描程序*/KEY: SETB F0 ;鍵盤按下標志至1 MOV R3,#0F7H;R3送掃描碼 MOV R1,#00H;R1初始為0L3: MOV A,R3;將掃描碼送A MOV P2,A將掃描碼送P2掃描 MOV A,P2;讀取鍵盤狀態(tài) SETB C;進位至1 MOV R5,#04H;將4給R5單元，用于行掃描L4: RLC A JNC KEYIN;有鍵按下跳到KEYIN INC R1;無鍵按下R1加1 DJNZ R5,L4;判斷一行有沒有判斷完畢 MOV A,R3;掃描完畢后，再次送掃描碼給A SETB C;進位置1