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1、滨江学院微机原理与接口技术综合试验报告题目简易电子琴设计学 号学生姓名王兴江院系滨江学院专业指导教师二一二 年月日【摘要】2一、引言21.1 电子琴设计的背景21.2 电子琴设计的意义21.3 电子琴设计的目标2二系统整体设计31. 设计任务32. 功能描述33. 软硬件描述34. 模块描述4三 . 硬件电路设计及描述51. 4x4 矩阵键盘掌握模块52. 发声模块83. 显示模块9四. 软件设计思想及流程13五硬件的调试过程及调试方法14六重要程序及源代码15七. 课程设计体会17八.参考文献184【摘要】由于音乐是很多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用单片定时
2、/计数器 T 产生不同的频率的组合，从而构成音乐。本次设计实现的大体功能：当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时就会发出相应的音调。定时器被启动，发出肯定频率的脉冲，该频率的脉冲通过 P3 串口并驱动喇叭发音。同时键值显示在 LED 显示器上。【关键词】单片机 电子琴AT89C51一、引言1.1 电子琴设计的背景随着电子科技的飞速进展，电子技术正在渐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统期望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子
3、琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进展肯定的功能扩展。鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低 So 到高 DO 等 16 个音，从而可以用来弹奏宠爱的乐曲。1.2 电子琴设计的意义该设计具有以下优点：(1) 可以随便弹奏想要表达的音乐； (2)制作简洁，本钱低。3比传统电子琴功能更完善。1.3 电子琴设计的目标由于本设计主要用于人们消遣方面，因此在设计上尽量使其安全以及简洁易操作。其次， 在这次设计可行性上进展分析如下：1、经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于课程设计是提高我们的动手力量以及资金有限。因此在经济上必需
4、能够承受，比较抱负化的对于我们课程设计来说是不行行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。2、技术可行性：技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺当开展并完成课程设计的主要问题，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。综上所述，本系统设计目标已经明确，在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。二系统整体设计1. 设计任务基于MCS 系列单片机AT89C51。设计一个简易电子琴2. 功能描述1)利用所给键盘的 1，2，3，4，5，6，7，8 八键，能够发出 8 个不同的音符。2） 并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停顿，中间
5、再按别的键则发出另一音符的声音。3） 使用LED 数码管显示 8 个不同的音调。4） 假设在一个按下的键发声的同时有另一键被按下，前面键的发音停顿，转到后按的键的发音。5)增加变调钮“UP1”,“UP2”,“DN1”,“DN2”,在按下“08”音符时，变调键，产生相应的变调，使用LED 数码管显示变调状况。6其它功能3. 软硬件描述该课题主要由软件及其硬件两个根本局部共同完成。硬件主要局部： 4x4矩阵式键盘主要用于音符的输入以及变调的键值输入，其与单片机的 P0 口连接. MCS51-AT89 单片机芯片. 两位 LED 数码管显示器.以及一些根本外围电路。软件主要局部：运用 c 语言进展相
6、应的编程，其主要包括掌握按键扫描程序， 发声主程序，以及显示程序。4. 模块描述总体方案：本系统承受单片机 AT89C51 为电子琴的掌握核心，系统主要包括播放模块.按键掌握模块以及显示模块。电路设计总体框图电源时钟电路LED 数码管矩阵式按键输入电路AT89C51扬声器2 步骤：A. 依据设计题目的具体要求及题目的设计提示，B. 利用Proteus 软件来画原理图硬件。C. 利用Keil 软件进展程序的编写，执行，及仿真。从而生成HEX 文件调D. 将HEX 文件导入原理图的AT89C51 中进展仿真E. 试并实现相应的功能三 . 硬件电路设计及描述C1VCC20pFX1CRYSTALC21
7、9U1XTAL120pF R118XTAL2VCC10kC39RSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD710uF293031PSEN ALE EAP2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A1521222324252627282468A0 A1 A2 A3Y0 Y1 Y2 Y318161412RESPACK-81OE74HC244U2:ALS171P61P51P41P1234P105678P11P10
8、 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P1712345678P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7AT89C51P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD1011121314151617SOUNDERP12 P13总体原理图：RP113923833743653563473383291. 4x4 矩阵键盘掌握模块其与单片机的具体连接方式如下:765P101P1P1P1P12P131234P10P145678P11P15P16P174P11PP12 P
9、131矩阵式键盘的构造与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了削减 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如下图。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在穿插处不直接连通， 而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口 P1 就可以构成 4*4=16 个按键。矩阵式构造的键盘明显比直接法要简单一些，识别也要简单一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这样，当按键没有按下时，全部的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被 拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别
10、 及编程方法如下所述。（2） 矩阵式键盘的按键识别方法行扫描法 行扫描法又称为逐行或列扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。a.推断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平， 然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 4 根行线相穿插的 4 个按键之中。假设全部列线均为高电平，则键盘中无键按下。b.推断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平， 即在置某根行线为低电寻常，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。假设某列为低，则该
11、列线与置为低电平的行线穿插处的按键就是闭合的按键。程序扫描法就是调用键盘扫描程序，查询键盘并赐予处理的方法。1） 查询是否有键盘按下2） 延时去除抖动3） 确定下来按键所在的行. 列位置具体框图如下开头否推断是否有键按下?是确定按下哪个键确定键值调用显示程序调用发声程序2. 发声模块扬声器与单片机的连接方式如图LS1P3.0SOUNDER扬声器连接在 P3.0 口，当有键盘按下时候，单片时机通过程序调用相应键值， 由P3.0 输出对应的频率信号，从而驱动扬声器发声。具体框图如下：P3.0检测到频率信号驱动扬声器发声3. 显示模块2 位LED 数码管与单片机的连接图9VCC图中：1、2 是公共端
12、，掌握位码，掌握那个数码管亮左右，假设是共阴的则接低电平，假设为供阳的则相反。，a-g、dp 是掌握断码，掌握 9 个二极管的亮暗， 可以直接接 51 的输出口P0 要加上拉电阻，假设是共阴的则接高电平来使数码管亮，假设为供阳的则相反。用 8 位码掌握，用 16 进制表示！二极管从最上面顺时针分别为a,b,c,d,e,f 中间横线为g，点为dp。4 设计的核心部件及其外围根本电路RP11392383374365356347338329P1341234P10P1455678P11P156P167P17820pFX1CRYSTALC2U119XTAL120pF R118XTAL2VCC10kC39
13、RSTP0.0/AD0P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7P2.0/A810uF29 PSEN30 ALE31 EAP2.1/A9P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A1521222324252627282A04A16A28A3Y0Y1 Y2 Y318161412RESPACK-81OE74HC244U2:ALS1P1.0P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7AT89C51P3.0/RXDP3.1/TXD P3.2
14、/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD1011121314151617SOUNDERP1017654P1121P1P1P1PP123AT89C51 简介AT89C51 是一种带 4K 字 节 FLASH 存储器 FPEROM FlashProgrammable and Erasable Read Only Memory 的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除 只10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。该器件承受 ATMEL 高密度非易失
15、存储器制造技术制造，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 和闪耀存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微掌握器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 单片机为很多 嵌入式掌握系统 供给了一种敏捷性高且价廉的方案。外形及引脚排列VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸取 8TTL 门电流。当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为 高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作
16、为原码输入口，当 FIASH 进展校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必需被拉高。P1 口： P1 口是一个内部供给上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电寻常，将输出电流，这是由于内部上拉的原因。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的
17、管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的原因。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进展存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数据存储器进展读写时， P2 口输出其特别功能存放器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和掌握信号。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流 ILL这是由于上拉的原因。P3 口也可作
18、为 AT89C51 的一些特别功能口，口管脚 备选功能P3.0 RXD 串行输入口 P3.1 TXD 串行输出口 P3.2 /INT0 外部中断 0 P3.3 /INT1 外部中断 1P3.4 T0 记时器 0 外部输入 P3.5 T1 记时器 1 外部输入 P3.6 /WR 外部数据存储器写选通 P3.7 /RD 外部数据存储器读选通P3 口同时为闪耀编程和编程校验接收一些掌握信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电寻常间。ALE/PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程
19、脉冲。 在寻常， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要留意的是：每当用作 外部数据存储器时， 将跳过一个 ALE 脉冲。如想制止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。 假设微处理器在外部执行状态 ALE 制止，置位无效。/PSEN ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不消灭。/EA/VPP
20、： 当/EA 保持低电寻常， 则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH ，不管是否有内部程序存储器。留意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET ；当/EA 端保持高电寻常，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP 。XTAL1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 ：来自反向振荡器的输出。四. 软件设计思想及流程在程序中依据相应的音符只做一个频率表，当单片机检测到键值的时候，主程序将自动调用表格中的程序，发出相应的信号驱动扬声器发声，同时LED 数码管显示其键值音调。本设计的题目包括，按键程序，主程序等几个
21、局部组成。具体流程图如下：执行程序扫描P1 外接的键盘程序是否有按键按下？YN调用主程序发声显示放开按键返回五硬件的调试过程及调试方法1) 由于本次设计并没有进展实际硬件的实做，所以我们本次对硬件的调试过程仅仅局限于电路图的修改调试。一开头仿照题目进展画图仿真，我们并没得到相应的结果。14VCCC11520pFC2X1CRYSTALU119 XTAL1P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37RP11234VCC20pFR110kC310uF18 XTAL29 RSTP0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD
22、7 32P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 232 A04 A16 A2Y0 18Y1 16Y2 1456789RESPACK-8765111PPP12356741P4P108P11P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P1729 PSEN30 ALE31 EA1 P1.02 P1.13 P1.24 P1.35 P1.46 P1.57 P1.68 P1.7AT89C51P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/
23、INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/WR 16P3.7/RD 178 A3Y31 OE 74HC244P3.012U2:A LS1SOUNDERP12P13UP1UP2DN1DN22) 对于软件我们便是不断检查并修改C 程序，从而形成合格的 HEX 文件。驱动单片机实现相应的功能。六重要程序及源代码/*程序功能 : 对 44 矩阵键盘进展扫描，显示键值和输出声音*/ #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned charsbit SPK = P30;/P3.0 外接扬声器uint
24、 FreqTemp;unsigned int code Key= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71;unsigned int code Freqtab = /定时半周期的初始值64021,64103,64260,64400, /低音 3 4 5 664524,64580,64684,64777,/低音 7,中音 1 2 364820,64898,64968,65030,/中音 4 5 6 765058,65110,65157,65178;/高音 1 2 3 4/*
25、函数功能 : 用扫描法读 P1 外接 44 键盘* 函数返回 : 按下键：返回 015、如无键按下：返回 0*/ uchar Keyscan(void)uchar i, j, temp, Buffer4 = 0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7; for(j = 0; j 4 ; j+) /循环四次，扫描四行P1 = Bufferj;/在低四位分别输出一个低电平temp = 0x80;/打算先读出 P1.7 位for(i = 0; i = 1;/换右边一位 return 16;/没有键按下就返回 16作为误判动作/* 名称： Display(uchar k)* 功能：显示键值音调或者音
26、符* 输入： k (键盘数值)* 输出： P0 口输出七段码，P2 口输出位选码依据要求这里只输出一位*/ void Display(uchar k)P0 = Keyk;/* 主函数*/ void Main(void)uchar Key_Value = 16, Key_Temp1, Key_Temp2;/读出的键值TMOD = 0x01;/T0 定时方式 1ET0 = 1;/允许 T0 中断EX0 = 1;/允许 X0 中断EA = 1;while(1) TR0 = 0;/暂不发音Key_Temp1 = Keyscan;/读入按键if(Key_Temp1 != 16) /有键按下Display
27、(Key_Value);/显示键值、延时消抖Key_Temp2 = Keyscan;/再读一次if (Key_Temp1 = Key_Temp2) /两次相等Key_Value = Key_Temp1;/就确认下来FreqTemp = FreqtabKey_Value; /依据键值，取出定时半周期的初始值Display(Key_Value);/显示TR0 = 1;/启动定时器，发音while (Keyscan 8;SPK = SPK;/发音七. 课程设计体会两个周的实训时间很快就完毕了，比起一个学期的单片机学习。真的很短很短！但这期间的学习及其收获却很多很多。说句实话，我们这组的两个成员单片机
28、根底只是不是很好。因此选题时都不敢选太难的，但是通过这几天的不断学习不断探究。虽然最终的结果部是太令我们满足，但是我们通过这次单片机课程设计，加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去查阅所需的资料。这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创的根底上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。另外很感谢学校和教师给我们安排了这次课程设计，通过这次实训我们觉察现在书本上的学问与实际的应用存在着不小的差距，书本上的学问很多都是抱负化后的结论，无视了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被无视的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法依据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差异很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的留意实际，努力提高自己的动手力量。八.参考文献1. 周向红. 51 单片机课程设计。武汉：华中科技大学出版社，2023.2. 吴亦锋. 单片机原理与接口技术。北京：电子工业出版社，2023.3. 杜洋. 爱上单片机。北京：人民邮电出版社，2023.4. 王守中. 51 单片机开发入门与典型实例。北京：人民邮电出版社.5. 唐浩强. C 程序设计。 北京:清华大学出版社，2023.