單片機課程設(shè)計

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1、單片機課程設(shè)計 大慶石油學(xué)院課程設(shè)計 課程單片課程設(shè)計 題目簡易電子琴設(shè)計 院系電氣信息工程學(xué)院測控系 專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器專業(yè)06-1班 學(xué)生姓名劉潔 學(xué)生學(xué)號060601240105 指導(dǎo)教師曹廣華宋金波 2009年7 月17 日 大慶石油學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 課程單片機課程設(shè)計 題目簡易電子琴設(shè)計 專業(yè)測控技術(shù)與儀器姓名劉潔學(xué)號060601240105 一、任務(wù) 設(shè)計一個基于AT89C51單片機的簡易電子琴。 二、設(shè)計要求 [1] 利用所給鍵盤的八個鍵，能夠發(fā)出8個不同的音調(diào)，并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開延時一段時間停止，中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音。

2、 [2] 當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵被按下，則快速檢測出是哪一個鍵被按下，然后單片機的定時器被啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個按下的鍵發(fā)聲的同時有另一個鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音。 三、參考資料 [1] 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄[M].北京：高等教育出版社，1957.15-18. [2] 劉潤華,劉立山.模擬電子技術(shù)[J].山東:石油大學(xué)出版社,2003. [3] 蘇成富.彩燈控制器[J].北京:電機電器技術(shù),2000，（01）. [4] 祝富林.音樂彩燈電

3、路CS9482[J].北京:電子世界,1995，（12）. [5] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[J].北京:高等教育出版社,1997. 完成期限 2009.7.6至2009.7.17 指導(dǎo)教師曹廣華宋金波 專業(yè)負責(zé)人曹廣華 2009年 7 月 6 日 目錄 1 引言 (3) 1.1電子琴概述 (3) 1.2電子琴技術(shù)狀況 (3) 1.3本設(shè)計任務(wù) (4) 2 總體方案論證與設(shè)計 (5) 2.1 播放模塊 (5) 2.2按鍵控制模塊 (5) 2.3總體硬件組成框圖 (5) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 (6) 3.1 中心控制模塊的硬件設(shè)計 (6) 3.2 播放模塊的硬件

4、設(shè)計 (6) 3.3 按鍵控制模塊的硬件設(shè)計 (6) 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 (8) 4.1 下位機軟件流程 (8) 4.2上位機軟件 (9) 5 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 (11) 5.1 使用的儀器儀表 (11) 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 (11) 5.3 測試結(jié)果 (11) 總結(jié) (12) 參考文獻 (13) 附錄1 (14) 附錄2 (16) 課程設(shè)計成績評價表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 引言 在電子音樂領(lǐng)域，自從20世紀末期MIDI（樂器數(shù)字化接口）推出和逐步

5、規(guī)范化后，各種樂器及眾多數(shù)碼音視頻產(chǎn)品中采用MIDI技術(shù)已逐漸成為一種潮流。但是當(dāng)前各廠商的電子琴產(chǎn)品通常使用自己設(shè)計的專用音源，并且軟硬件均不對外公開，阻礙了MIDI技術(shù)的交流。作者在開發(fā)基于MIDI模塊的音樂發(fā)生器的過程中，進行了用單片機控制通用MIDI音源模塊的相關(guān)功能制作電子琴的實踐，制作出具有8個按鍵的 MIDI電子琴，該琴支持單音和復(fù)音彈奏，單片機以標準的MIDI波特率傳送信息，通過串口連接蜂鳴器，從而獲得優(yōu)美的樂音。 1.1電子琴概述 鍵盤樂器，采用半導(dǎo)體集成電路，對樂音信號進行放大，通過揚聲器產(chǎn)生音響。發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個管弦樂隊的效

6、果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨奏時，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長音、震音和顫音等多項功能裝置，表達各種情緒時運用自如。 電子琴是電聲樂隊的中堅力量，常用于獨奏主旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時，失真度更大，還需要不斷改進。電子琴的演奏有較大一部分是通過自動和弦伴奏來配合完成的

7、，在音樂中和弦的連接推動了旋律地進行，不同的和聲連接，形成了不同的音樂色彩。 1.2電子琴技術(shù)狀況 本次設(shè)計提出了用AT89C51單片機為核心控制元件,設(shè)計一個簡易的電子琴. 本方案以AT89C51單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊在主控模塊上設(shè)有16個按鍵和揚聲器.根據(jù)使用者的操作隨意彈奏 想要表達的音樂。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(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)然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號。 1.3本設(shè)計任務(wù) 利用所給鍵盤

8、的1，2，3，4，5，6，7，8八個鍵，能夠發(fā)出8個不同的音調(diào)，并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開延時一段時間停止，中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音。當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵被按下，則快速檢測出是哪一個鍵被按下，然后單片機的定時器被啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個按下的鍵發(fā)聲的同時有另一個鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音。 2 總體方案論證與設(shè)計 本系統(tǒng)采用單片機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。下面對各模塊的設(shè)計逐一進行論證比較。 2.1 播放模

9、塊 播放模塊是喇叭構(gòu)成。它幾乎不存在噪聲，音響效果較好。而且由于所需驅(qū)動功率較小，且價格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。 2.2按鍵控制模塊 電子琴設(shè)有8個按鍵，其中7個作為音符輸入，另外1個作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實現(xiàn)用戶自彈作曲。7個按鍵分別代表7個音符，包括中音段的全部音符。通過軟硬件設(shè)計，模式轉(zhuǎn)換按鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，啟動電子琴。然后通過查詢電子琴所按下的按鍵，讀取電子琴輸入狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的程序人口，實現(xiàn)自編歌曲。當(dāng)需要取消電子琴編曲功能時，再次按下模式轉(zhuǎn)換按鍵引起外部中斷．即可退出電子琴功能而返回原來按鍵播放處。 2.3總體硬件組成框圖 圖2-1 總體硬件組成

10、框圖 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 為使該模塊化電子琴控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括中心控制模塊、播放模塊、按鍵控制模塊三大模塊。 3.1 中心控制模塊的硬件設(shè)計 本次設(shè)計中中心控制模塊是采用AT89C51單片機來控制整個系統(tǒng)。其中P1口作為輸入口，連接蜂鳴器驅(qū)動電路，而P2口連接按鍵控制電路，從而實現(xiàn)播放音樂的功能。 3.2 播放模塊的硬件設(shè)計 如下圖所示,播放模塊其實就是喇叭,它接到P1.0口上當(dāng)有按鍵按下時,它就會發(fā)出聲音.. 圖 3-1 播放模塊硬件連接圖 3.3 按鍵控制模塊的硬件設(shè)計 在P.2口十連有8個按鍵并加有8個拉電阻.它們一端

11、接5伏電源,一端接地.在仿真時,只要有一個鍵被按下,并被單片機掃描到,則會使播放器發(fā)出聲音. 圖 3-2按鍵控制連接圖圖3-2按鍵控制電路圖 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件是該電子琴控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。 4.1 下位機軟件流程 本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)音樂播放功能。其主程序流程如圖4-1所示。 圖4-1 軟件程序流程圖 4.2上位機軟件 本系統(tǒng)的上位機軟件主要是編輯電子琴播放狀態(tài)的內(nèi)容，在設(shè)計中采用匯編語言編寫了電子琴控制系統(tǒng)控制和播放

12、內(nèi)容的程序。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H ;初始化堆棧指針 MOV 30H,#00 ;定時器初值清零 MOV 31H,#00 MOV P1,#0FFH ;設(shè)置P1口為輸入模式 MOV TMOD,#01H ;設(shè)置定時器0為工作模式1 SETB ET0 ;開定時器0中斷 SETB EA ;開總中斷 CLR TR0 ;關(guān)閉定時器0 START: MOV R0, P2 CJNE R0,#0FFH,KEY1 ;鍵盤掃描 CLR TR0 SJMP START

13、 KEY1: CJNE R0,#0FEH,KEY2 ;K1鍵按下 MOV 30H,#0FBH ;設(shè)置音階1 MOV 31H,#0E9H LJMP SET_TIMER KEY2: CJNE R0,#0FDH,KEY3 ;K2鍵按下 MOV 30H,#0FCH ;設(shè)置音階2 MOV 31H,#5CH LJMP SET_TIMER KEY3: CJNE R0,#0FBH,KEY4 ;K3鍵按下 MOV 30H,#0FCH ;設(shè)置音階3 MOV 31H,#0C1H LJMP SET_TIMER KEY4: CJNE R0,#0F7H,KEY5 ;K4鍵按下 MOV

14、30H,#0FCH ;設(shè)置音階4 MOV 31H,#0EFH LJMP SET_TIMER KEY5: CJNE R0,#0EFH,KEY6 ;K5鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階5 MOV 31H,#045H LJMP SET_TIMER KEY6: CJNE R0,#0DFH,KEY7 ;K6鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階6 MOV 31H,#92H LJMP SET_TIMER KEY7: CJNE R0,#0BFH,KEY8 ;K7鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階7 MOV 31H,#0D6H LJMP SE

15、T_TIMER KEY8: CJNE R0,#7FH,NOKEY ;K8按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階8 MOV 31H,#0FBH SET_TIMER: SETB TR0 ;發(fā)聲 SJMP START NOKEY: CLR TR0 ;無鍵按下 SJMP START INT_T0: ;T0中斷服務(wù)程序MOV TH0,30H ;定時器賦初值 MOV TL0,31H CPL P1.0 ;輸出方波 RETI END 5 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析 5.1 使用的儀器儀表 單片機仿真器KEILC 蜂鳴器 LS1 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本

16、系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：中心控制模塊的調(diào)試，音樂播放模塊的調(diào)試，按鍵控制模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進行整體測試。 5.2.1硬件調(diào)試 對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。 5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機仿真器KEILC及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主要是檢查語法錯誤。 5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。 5.3 測試結(jié)果 此次系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果較好，分別播動8個按鍵會發(fā)出8種高低不同的聲音，如果送入音

17、樂程序，則會播放歌曲。 總結(jié) 經(jīng)過兩周的忙碌,我的電子琴終于仿真成功.雖然失敗了幾次,但經(jīng)過老師對硬件連接圖的糾正,自己又調(diào)整.了程序最后終于方仿真成功.心情很激動,一方面:覺得很有成就感;另一方面:收獲很大,：不但鍛煉了編程的能力，而且通過編程對硬件的整個流程了解了。在仿真過程中，我犯了兩個低級錯誤：一個是用了沒有模型的元件，另一個是喇叭可以不用驅(qū)動就能發(fā)出聲音。經(jīng)老師提醒，我改正了連接圖。結(jié)果成功了。用單片機控制播放模塊和按鍵控制模塊制作出的電子琴，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，并且價格低廉，具有實用的價值。這種電子琴能夠支持單音和復(fù)音彈奏，如果與高品質(zhì)的音源芯片連接，音質(zhì)更可與高檔電子琴相媲美

18、。 參考文獻 [1] 張毅剛，彭喜元。單片機原理與應(yīng)用[M]（十）北京：高等教育出版社，2007.10 [2] 張毅剛。MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計[M]。哈爾濱。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版,1999 [3] 李廣弟。單片機基礎(chǔ)[M]。北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001 [4] 楊振江。智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的新器件及應(yīng)用[M]。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001 [5] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[J].北京:高等教育出版社,1997. 附錄1 源程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0100H MAIN:

19、 MOV SP,#60H ;初始化堆棧指針 MOV 30H,#00 ;定時器初值清零 MOV 31H,#00 MOV P1,#0FFH ;設(shè)置P1口為輸入模式 MOV TMOD,#01H ;設(shè)置定時器0為工作模式1 SETB ET0 ;開定時器0中斷 SETB EA ;開總中斷 CLR TR0 ;關(guān)閉定時器0 START: MOV R0, P2 CJNE R0,#0FFH,KEY1 ;鍵盤掃描 CLR TR0 SJMP START KEY1: CJNE R0,#0FEH,KEY2 ;K1鍵按下 MOV 30H,#0FBH ;設(shè)置音階1 MOV 31H,#0E9

20、H LJMP SET_TIMER KEY2: CJNE R0,#0FDH,KEY3 ;K2鍵按下 MOV 30H,#0FCH ;設(shè)置音階2 MOV 31H,#5CH LJMP SET_TIMER KEY3: CJNE R0,#0FBH,KEY4 ;K3鍵按下 MOV 30H,#0FCH ;設(shè)置音階3 MOV 31H,#0C1H LJMP SET_TIMER KEY4: CJNE R0,#0F7H,KEY5 ;K4鍵按下 MOV 30H,#0FCH ;設(shè)置音階4 MOV 31H,#0EFH LJMP SET_TIMER KEY5: CJNE R0,#0EFH,

21、KEY6 ;K5鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階5 MOV 31H,#045H LJMP SET_TIMER KEY6: CJNE R0,#0DFH,KEY7 ;K6鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階6 MOV 31H,#92H LJMP SET_TIMER KEY7: CJNE R0,#0BFH,KEY8 ;K7鍵按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階7 MOV 31H,#0D6H LJMP SET_TIMER KEY8: CJNE R0,#7FH,NOKEY ;K8按下 MOV 30H,#0FDH ;設(shè)置音階8 MOV 31H,#0FBH SET_TIMER: SETB TR0 ;發(fā)聲 SJMP START NOKEY: CLR TR0 ;無鍵按下 SJMP START INT_T0: ;T0中斷服務(wù)程序MOV TH0,30H ;定時器賦初值 MOV TL0,31H CPL P1.0 ;輸出方波 RETI END 附錄2 電子琴仿真圖 圖6-1 電子琴仿真電路圖 大慶石油學(xué)院課程設(shè)計成績評價表 指導(dǎo)教師：年月日