单片机课程设计电子琴.doc

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1、长春工业大学课程设计说明书课程设计名称 单片机原理课程设计（） 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 2013年1月7日 课程设计任务书课程设计题目： 电子琴起止日期：2013.1 .7-2013.1.11设计地点：单片机原理实验室设计任务及日程安排： 着重提高学生在单片机应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过单片机和硬件和软件设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。设计要求：1） 根据应用系统的要求，初步掌握总体结构设计的方法和构思，从中选

2、择一种最佳设计方案；2） 根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程； 3） 根据任务要求和硬件设计要求，首先画出程序的总体流程图，然后进行各控制模块的程序设计； 4） 掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程。参考资料：1.单片机原理及应用 张毅刚等编，高等教育出版社，2004年1月。2.单片机原理课程设计实验指导书，林志奇，校内印刷，2012年12月。日程安排： 201317上午 动员/布置任务/分组/查资料。 201317下午201319 进行理论设计和形成设计报告。 20131102011110 进行实验和完成实验报告。 2013111 分组进行

3、考核。设计报告的总体要求： 每人独立完成设计内容，并提交一份课程设计报告。报告内容包括：设计题目/设计要求/设计方案/硬件电路/软件流程图/程序/工作原理阐述/系统性能分析和心得体会等。考核办法：1） 出勤20%；2） 实验结果30%；3） 报告20%；4） 答辩30%。1 设计内容：电子琴2 任务及要求： 设计一个51单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。 要求: 1.设计51单片机最小系统； 2.设置至少10个按键，能发出do re mi fa sol la si do; 能播放示范曲； 3.能够调节低音、高音和中音。3 总体设计方案： 1）定时/计数器的设计和状态字定义： 若要产生音频脉

4、冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式是：Nfi2fr，式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr

5、是想要产生的频率。其计数初值T的求法如下：T65536N65536fi2fr例如：设K65536，fi1MHz，求中音DO（261Hz）。T65536N65536fi2fr655362fr65536/fr，中音DO的T65536/52364580。单片机12MHZ晶振，中音符与计数T0相关的计数值如表所示：音符频率（HZ）简谱码（T值）音符频率（HZ）简谱码（T值）低1DO26263628# 4 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33

6、064021# 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 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#

7、166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283采用查表程序进行查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音019之间，中音在2039之间，高音在4059之间,用单片机播放音乐，或者弹奏电子琴，实际上是按照特定的频率，输出一连串的方波。为了输出合适的方波，首先应该知道音符与频率的关系。2）音名主要分成低音、中音和高音三个区域，每个区域都有12个琴键。其中的白键，简谱音符标为1、2、3、4、5、6、7，大家一般都读成哆、

8、来、咪、发、嗦、拉、西。按键1234567音符1234567频率值52466069878488098810483）音调数据表 单片机发出不同频率的方波，人听起来，就是不同的音调。上表中的频率数值，有些过多，去掉不常用的黑键频率，只是把白键对应的数据存放在单片机中，即可满足绝大部分的应用需求。定义音调数据表的程序如下： DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;64580,低音区:1 2 3 4 5 6 7 DW 64580,64671,64777,64820,64898,64968,65030 65058中音区:1 2 3 4 5 6 7 DW

9、 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 65312高音区:1 2 3 4 5 6 7把这个数据表，放在程序中，需要播音的时候，就从表中取出一个数据送到定时器，当定时器溢出中断的时候，再对输出引脚取反，那么，在扬声器中，即可听到上表中频率的声音。音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）曲调值DELAY 曲调值DELAY调4/4125ms 调4/462ms调3/4187ms 调3/494ms调2/4250ms 调2/4125ms4、系统硬件设计：1）晶振部分本次采用12MHZ晶振，机器周期为1us，连接两个30pF的电容，连接到的XATL1，上面，连接电路图

10、如下：2）音频输出本次只是简单的使用一个蜂鸣器连接到AT89C51的p1.0口上3）高、中、低及音乐播放键：检测高中低是否按下，来跳转到音阶键上输出不同频率的音阶音，检测播放是否按下，跳转到示范曲目播放4）AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造

11、技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 5）音阶键部分6） 设计电路总体图样5、 系统软件设计：1）音阶键识别将相应的freq附

12、值相应的灯亮Esm置0 TR1置0Esm置1 TR1置1Esm=1？相应的数值n加减do re mi fa sol la si TR0置1 TR1置0 执行T0中断节拍延时Esm=1？TR0置0检测是high ave low 键按下示范音按下？UP DOWN键按下？是do re mi fa sol la si do?是否有按键按下 开始 N Y Y N Y N Y N Y N Y N N Y 返回6、程序清单：KEYBUF EQU 30H STH0 EQU 31H STL0 EQU 32H DELY EQU 33H NUM EQU 34H ORG 0000H AJMP MAIN ;跳转到主函数

13、 ORG 000BH LJMP INT_T0 ;音乐输出口 ORG 0040HMAIN: MOV TMOD,#01H ;写出计时器控制字，T0方式计时 SETB EA ;开中断总开关 SETB ET0 ;允许T0中断 MOV NUM,#01H；;num置1 MOV R1,#00HTEST: ;低音检测 ANL TH0,#00H ;高位清零 ANL TL0,#00H ;低位清零 MOV A,P2 ;P2进入 CJNE A,#0FEH,TEST1 ;检测P2.0口低音键是否按下 MOV DPTR,#TABLE1 ;低音键按下，进入低音表地址 AJMP WAIT ;跳转到音阶检测TEST1: ;中音

14、检测 CJNE A,#0FDH,TEST2 ;检测P2.0中音键是否按下 MOV DPTR,#TABLE2 ;中音键按下，进入中音表地址 AJMP WAIT TEST2: ;高音检测 CJNE A,#0FBH,TEST3 ;检测P2.0口高音键是否按下 MOV DPTR,#TABLE3 ;高音键按下，进入高音表地址 AJMP WAIT TEST3: ;音乐播放检测 CJNE A,#0F7H,TEST4 ;检测音乐播放键是否按下 若有按下则转至EXIT LCALL DELAY10MS ;软件延时消抖 MOV A,P2 CJNE A,#0F7H,TEST4 ;检测播放键是否再次按下 MOV A,N

15、UM CJNE A,#01H,EXIT ;检测高低中是否再次按下 MOV NUM,#00H MOV DPTR,#TABLE4 ;进入音乐播放表 AJMP WAIT1 ;跳转至音乐播放入口 EXIT:CLR TR0 ;计数器停止，音乐播放结束 MOV R1,#00H ;清零 MOV NUM,#01HTEST4: MOV A,NUMCJNE A,#01H,WAIT2 LJMP TEST ;跳转至TEST重新检测WAIT2:LJMP WAIT1 ;跳转至音乐播放入口WAIT: CLR TR0 MOV NUM,#01HSCAN1:MOV P3,#0F0H;音阶按键检测程序入口CLR TR0MOV A,

16、P3;ANL A,#0F0HCJNE A,#0F0H,TEE1AJMP TEST ;跳转至TEST重新检测TEE1:LCALL DELAY10MS ;软件延时消抖CJNE A,#0F0H,TEE2AJMP TESTTEE2:MOV A,#0FEHSCAN2:MOV P3,AMOV A,P3MOV B,AANL A,#0F0HCJNE A,#0F0H,CARRYMOV A,BRL ACJNE A,#0BFH,SCAN2LJMP SCAN1CARRY: ANL B,#0FH ;键值处理ORL A,BCJNE A,#0EEH,KEY1 ;检测音符键1是否按下MOV KEYBUF,#00H ;赋予键值

17、LJMP WAI ;调至按键处理程序KEY1:CJNE A,#0EDH,KEY2 ;检测音符键2是否按下MOV KEYBUF,#02H ;赋予键值 LJMP WAI ;调至按键处理程序 KEY2: CJNE A,#0EBH,KEY3 ;检测音符键3是否按下MOV KEYBUF,#04H ;赋予键值LJMP WAI ;调至按键处理程序 KEY3: CJNE A,#0E7H,KEY4 ;检测音符键4是否按下MOV KEYBUF,#06H ;赋予键值LJMP WAI ;调至按键处理程序KEY4:CJNE A,#0DEH,KEY5 ;检测音符键5是否按下MOV KEYBUF,#08H ;赋予键值LJM

18、P WAI ;调至按键处理程序KEY5:CJNE A,#0DDH,KEY6 ;检测音符键5是否按下MOV KEYBUF,#0AH ;赋予键值LJMP WAI ;调至按键处理程序KEY6: CJNE A,#0DBH,KEY7 ;检测音符键6是否按下MOV KEYBUF,#0CH ;赋予键值LJMP WAI ;调至按键处理程序KEY7:CJNE A,#0D7H,SCAN1 MOV KEYBUF,#0EH ;赋予键值 LJMP WAI ;调至按键处理程序 WAI:MOV A,KEYBUF ;按键处理程序入口MOVC A,A+DPTRMOV STH0 , AINC KEYBUFMOV A,KEYBUF

19、MOVC A,A+DPTRMOV STL0, AMOV TH0,STH0MOV TL0,STL0SETB TR0LCALL DELAY100MSLJMP SCAN1WAIT1:CJNE R1,#00H,LOOP ;播放音乐程序入口LOOP:MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV STH0,A INC R1 MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR CJNE A,#0FEH,NEXT1 MOV R1,#00H LJMP LOOPNEXT1:MOV STL0,AINC R1 MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV DELY,A MOV TH0,STH0 MOV TL

20、0,STL0 SETB TR0 NEXT2: LJMP DELAY187MS ;节拍延时控制NEXT3: DJNZ DELY,NEXT2 INC R1 LJMP TESTNOKEY:LJMP TEST ;重新检测DELAY10MS: MOV R6,#10 ;10ms延时 D1:MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET ;子程序返回DELAY100MS: MOV R5,#06EH;100ms延时 DL0:MOV R4,#0CFH DJNZ R4,$ DJNZ R5,DL0 RET;子程序返回DELAY187MS: MOV R3,#187 ;187ms延时 ，用于节

21、拍控制 DL1:MOV R2,#248 DJNZ R2,$ DJNZ R3,DL1 LJMP NEXT3INT_T0:MOV TH0,STH0;高8为输入 MOV TL0,STL0;低8位输入 CPL P1.0;音乐输出口启用 RETI;中断返回TABLE1:DB 0f8h,094h, 0f9h,05ch, 0fah,01Ah, 0FAH,06AH;低音调表值 DB 0FBH,00H, 0FBH,08CH, 0FCH,0EH, 0FCH,044H; TABLE2:DB 0FCH,04AH, 0FCH,0AEH, 0FDH,008H, 0FDH,030H;中音调表值 DB 0FDH,080H,

22、0FDH,0C6H, 0FEH,02H, 0FEH,022H; TABLE3:DB 0FEH,02AH, 0FEH,05CH, 0FEH,084H, 0FEH,098H;高音调表值 DB 0FEH,0C0H, 0FEH,0E8H, 0FFH,006H, 0FFH,029H; SONG1: ; 化蝶 .DB -3, 04H, -5, 03H, -6, 01H, 1, 03H, 2, 01H, -6, 01H, 1, 01H, -5, 02H .DB 5, 03H, +1, 01H, 6, 01H, 5, 01H, 3, 01H, 5, 01H, 2, 08H .DB 2, 02H, 2, 01H

23、, 3, 01H, -7, 02H, -6, 02H, -5, 03H, -6, 01H, 1, 02H, 2, 02H .DB -3, 02H, 1, 02H, -6, 01H, -5, 01H, -6, 01H, 1, 01H, -5, 08H .DB 3, 03H, 5, 01H, -7, 03H, 2, 01H, -6, 01H, 1, 01H, 5, 05H .DB -3, 02H, -5, 01H, -3, 01H, -5, 01H, -6, 01H, -7, 01H, 2, 01H, -6, 06H, -5, 01H, -6, 01H.DB 1, 03H, 2, 01H, 5,

24、02H, 3, 02H, 2, 02H, 3, 01H, 2, 01H, 1, 02H, -6, 7、 系统工作过程：采用16个键分别代表16个音，通过对按键的随意按键从而产生不同的音乐，主要是通过每个按键所产生的频率不同来使得发出的各个音不同，从而产生音乐，根据程序首先对低音，中音，高音进行检测；运用延时、循环、跳转等设计实验；然后通过对音符键的控制发出do re mi fa sol la si do8、 功能实现分析：这次设计的是一个游戏型的电子琴，通过对程序的改进和利用单片机的功能特性，最后通过仿真，我们实现了电子琴的功能，所以这个设计是可行的。9、 设计心得： 通过这次课程设计，系统而

25、比较全面地检查了我所学的专业知识，补充了我未学的专业知识，对一个产品的开发的步骤有一定的认识。“查漏补缺”的同时进一步巩固了专业知识，锻炼了自己,让我深刻的意识到理论学习和实践相结合的重要性，在这次课程设计中，查阅了大量的资料，并在此基础上加以了改进并进行了创新，同时对延时，循环等设计方法有了更深的了解。提高了我们学习分析和解决问题的能力，只要我们不因为困难而害怕困难，最后我们就能够取得最后的成功。最后，通过这次的自主完成单片机的应用系统设计，虽说不完全是自己完成，但是至少有一点，让我们学会了如何去完成一个设计报告，让我更进一步了解了单片机，也让我感受到做出一个设计的开心，喜悦与担心。相信这对以后的毕业设计也会有很大的帮助。