2022年基于51单片机的吉他调音器系统设计--实物制作.docx
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1、精品学习资源课程设计报告课程名称:吉他调音器掌握系统设计-实物制作专业班级:姓名:学号:课设时间:指导老师:批阅时间:成绩:目录欢迎下载精品学习资源绪 论 1 1 、 总 体 设 计 方 案 12 、 核 心 芯 片 结 构 原 理 介 绍 22.1 、中心掌握器STC90C516RD+32. 2 、 电 机 驱 动 芯 片 U LN 2 0 0 3 5 3 、 模 拟 部 分 介 绍 63. 1 、 输 入 电 路 63. 2 、 放 大 电 路 63. 3 、 滤 波 电 路 83. 4 、 整 形 输 出 电 路 93. 5 、 模 拟 部 分 输 出 波 形 1 03. 6 、 模 拟
2、 部 分 实 物 图 1 0 4 、 软 件 程 序 编 程 语 言 及 开 发 环 境 选 择 11 5 、 琴 弦 频 率 测 量 模 块 设 计 1 15. 1 、 频 率 测 量 方 法 地 选 取 1 15. 2 、 频 率 测 量 程 序 设 计 说 明 1 25. 3 、 单 片 机 程 序 流 程 图 1 35. 4 、 单 片 机 程 序 1 35. 5 、 单 电 机 实 物 图 1 35. 6 、 原 件 清 单 1 35. 7 、 整 体 电 路 图 1 3 结 论 1 4 附 录 一 1 5 附 录 二 1 6 附 录 三 2 1 附 录 四 2 2欢迎下载精品学习资
3、源绪论目前单片机渗透到我们生活地各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机地踪迹.导弹地导航装置,飞机上各种外表地掌握,运算机地网络通讯与数据传输,工业自动化过程地实时掌握和数据处理,广泛使用地各种智能IC 卡,民用豪华轿车地安全保证系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机地掌握,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机.更不用说自动掌握领域地机器人、智能外表、医疗器械以及各种智能机械了.因此,单片机地学习、开发与应用将造就一批运算机应用与智能化掌握地科学家、工程师. 单片机广泛应用于仪器外表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备地智能化治理及过程掌握等领域.琴弦音频测定仪地设计正是以单片机为
4、核心,通过其他地外围电路实现琴弦地精确调弦.我们通过运算得出吉他每一根空弦音地理论音高(十二平均律地),然后看泛音调弦方法得到地音高是不是与之相等即可.对于标准音高a1=440.0000 Hz ,那么依据 12 平均律所生成地各弦空:1 弦空弦,音高e1,频率 f = 440.0000 / 2 5 / 12 = 329.6276 Hz2 弦空弦,音高b,频率 f = 440.0000 / 2 10 / 12 = 246.9417 Hz3 弦空弦,音高g,频率 f = 440.0000 / 2 14 / 12 = 195.9977 Hz4 弦空弦,音高d,频率 f = 440.0000 / 2
5、19 / 12 = 146.8324 Hz5 弦空弦,音高A ,频率 f = 440.0000 / 2 24 / 12 = 110.0000 Hz6 弦空弦,音高E,频率 f = 440.0000 / 2 29 / 12 = 82.4069 Hz1、总体设计方案从图一可以看出,本设计可以分为四大模块,分别为声音采集模块、核心掌握模块、语音模块设计、外围帮助电路模块.欢迎下载精品学习资源声音采集模块核心掌握模块外围帮助电路模块欢迎下载精品学习资源图一欢迎下载精品学习资源( 1)声音采集模块地设计:这部分是利用单片机测量琴弦频率地前提,主要功能是将要采集地声音信号转换成可测量地电信号.要保证转换地
6、精度,仍要处理好电路本身产生地谐波.电路应当有基本地放大、滤波、比较电路地设计.( 2)核心掌握模块地设计:这部分属于系统地软件部分设计.主要是掌握芯片地挑选和编程语言地挑选.通过单片机掌握各个子模块地正常工作,实现需要地功能是需要解决地重点.子模块包括:键盘模块、LCD12864 显示模块、频率测量模块、PC 机通信模块 .( 3)外围帮助电路地设计:这部分都是系统地硬件部分设计,包括复位晶振电路,显示电路,电机动作电路等.需要合理将这些电路精确组合并能够实现各自所需地功能.依据设计任务,以及方案地讨论,我们最终确定了以下方案:( 4)晶振和复位电路:晶振作用是为系统供应基本地时钟信号,通常
7、一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步.复位是单片机地初始化操作.通过挑选地掌握芯片设计合适地晶振和复位电路 .( 5)串口电路:使用MAX232芯片设计一个简洁地串口下载电路,为了便利单片机程序地下载 .2、核心芯片结构原理介绍该系统核心芯片主要有单片机STC90C516RD+ , ULN2003A驱动电机 .2.1 、中心掌握器STC90C516RD+STC90C516RD+ 系列单片机是新一代超高速、低功耗地单片机,指令代码完全兼容传统 8051 单片机, 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期可任意挑选,内部集成 MAX810 专用复 位 电 路 , 时 钟 频 率 在 12
8、MHz 以 下 时 , 复 位 脚 可 直 接 接 地 . ( 实 物 图 如 图 二 ) . 图二1. 增强型 6 时钟 / 机器周期, 12 时钟 / 机器周期 8051 CPU2. 工作电压: 5.5V - 3.8V ( 5V 单片机)/3.8V - 2.4V ( 3V 单片机)3. 工作频率范畴: 0-40MHz ,相当于一般8051 地 080MHz.4. 用户应用程序空间4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/ 56K/ 61K/ 字节5.片上集成 1280 字节/512/256 字节 RAM6. 通用 I/O 口( 35/39 个),复位后
9、为:P1/P2/P3/P4 是准双向口 / 弱上拉(一般 8051传统 I/O 口)P0 口是开漏输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O 口用时,需加上拉电阻 .7. ISP(在系统可编程) /IAP (在应用可编程),无需专用编程器/ 仿真器欢迎下载精品学习资源可通过串口( P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K 程序 3 - 5 秒即可完成一片8. EEPROM 功能9. 看门狗10. 内部集成 MAX810专用复位电路,外部晶体12M 以下时,可省外部复位电路,复位脚可直接接地 .11. 共 3 个 16 位定时器 /计数器,其中定时器0 仍可以当成 2 个 8 位定时器
10、使用12. 外部中断4 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13. 通用异步串行口( UART ),仍可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范畴: 0-75 /-40-+85 15.封装: LQFP-44,PDIP-40 , PLCC-44单片机各引脚功能:(引脚图如图三)XTAL1 ( 19 脚):接外部晶体振荡器地一端.当使用芯片内部时钟时,此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容;当使用外部时钟图三时,对于 HMOS单片机,此引脚接地;对于CMOS 单片机,此引脚作为外部振荡信号地输入端 .XTAL2 ( 18 脚):接外部晶体振
11、荡器地另一端,当使用芯片内部时钟时,此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容.当使用外部时钟时,对于HMOS单片机,此引脚接外部振荡源;对于 CMOS 单片机,此引脚悬空不接.89C51晶 体 振 荡 器 频 率 可 在6MHZ 40MHZ之 间 选 择 , 常 选6MHz 或 12MHz 地石英晶体 .电容地值没有严格要求,但其取值对振荡器地频率输出地稳固性、大小、振荡电路起 振 速 度 稍 有 影 响 , C1 、 C2 可 在20pF100pF 之间挑选 .当外接晶体振荡器时,电容可选 30pF10pF ;外接陶瓷振荡器时,电容可选 40pF10pF.掌握信号或与其它电源复用引脚( 1) R
12、ST / VPD ( 9 脚):复位端. 当输入地复位信号连续 2 个以上机器周期( 12 个晶体振荡周期)高电平即为有效,用于完成单片机地复位初始化操作 .正常工作时,此脚电平应 0.5V.在 VCC 发生故障、降低到电平规定值掉电期间,此引脚可接备用电源VPD (电源范欢迎下载精品学习资源围 5V0.5V ),由 VPD 向内部 RAM 供电,以保持内部RAM 中地数据 .( 2) ALE / PROG ( 30 脚):地址锁存使能 .ALE ( Address Latch Enable ); PROG( Program)ALE / PROG 为 CPU 拜访外部程序储备器或外部数据储备器
13、供应地址锁存信号,将低 8 位地址锁存在片外地地址锁存器中.ALE / PROG 引脚其次功能,对片内Flash 编程,为编程脉冲输入端.( 3) PSEN ( 29 脚):( Programmer Saving ENable),外部程序储备器读选通信号.在读外部程序储备器时有效(低电平),以实现外部程序储备器单元地读操作.在拜访外部数据储备器、拜访内部程序储备器时PSEN 无效 .( 4) EA /VPP ( 31 脚):( Enable Address/Voltage Pulse of Programming ) 拜访程序储备掌握信号.当 EA/ VPP “0时”,表示读外部程序储备器.只
14、读取外部地程序储备器中地内容,读取地地址范畴为0000H FFFFH ( 64KB ), 片内地 4KB Flash 程序储备器不起作用 .当 EA/ VPP “1”时,表示对程序储备器地读操作是从内部程序储备器开头,并可延至外部程序储备器 .在 PC 值不超出 0FFFH (即不超出片内4KBFlash 储备器地地址范畴)时,单片机读片内程序储备器( 4KB )中地程序,但当PC 值超出 0FFFH (即超出片内 4KBFlash 地址范畴)时,将自动转向读取片外60KB (1000H-FFFFH )程序储备器空间中地程序.对于 EPROM (或 FLASH )型单片机,在EPROM 编程期
15、间,此引脚需加12.75V 或21V 地编程电压 .2.2 、电机驱动芯片 ULN2003引脚如图四所示, ULN 是集成达林顿管 IC ,内部仍集成了一个消线圈反电动势地二极管,可用来驱动继电器 .它是双列 16 脚封装 ,NPN 晶体管矩阵 ,最大驱动电压=50V, 电流 =500mA, 输入电压 =5V,适用于TTLCOMS, 由 达 林 顿 管 组 成 驱 动 电 路 .图四ULN是集成达林顿管 IC, 内部仍集成了一个消线圈反电动势地二极管,它地输出端答应通欢迎下载精品学习资源过电流为 200mA ,饱和压降VCE 约 1V 左右,耐压 BVCEO 约为 36V.用户输出口地外接负载
16、可依据以上参数估算.采纳集电极开路输出,输出电流大,故可直接驱动继电器或固体继电器,也可直接驱动低压灯泡.通常单片机驱动ULN2003 时,上拉 2K 地电阻较为合适,同时, COM 引脚应当悬空或接电源.ULN2003是一个非门电路,包含7 个单元,但独每个单元驱动电流最大可达350mA. 资料地最终有引用电路,9 脚可以悬空 .比如 1 脚输入, 16 脚输出,负载接在VCC 与 16 脚之间,不用 9 脚. uln2003 地作用: ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能外表、PLC 、数字量输出卡等掌握电路中.可直接驱动继电器等负载. 输入 5VTTL 电平,输出可达 50
17、0mA/50V .ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈设,由七个硅 NPN 达林顿管组成 . 该电路地特点如下: ULN2003 地每一对达林顿都串联一个2.7K 地基极电阻 ,在 5V 地工作电压下它能与TTL 和 CMOS 电路 直接相连 ,可以直接处理原先需要标准规律缓冲器.ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范畴宽、带负载才能强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动地系统.3、模拟部分介绍3.1 、输入电路电容话筒是依据电容与两极板间距离成反比, 当振动时,电容话筒地两极间距离变化,距离变大时,由于电容变小,所以电压扁高,这时就产生了电信
18、号 . 电容话筒大多需要用电极化,也有不用极化地,称为驻极体电容话筒,就是一般电话里面使用地,特别廉价.压电陶瓷是一种特别地材料,它受到点地作用时,会发生变型,相反,它发生变形时,也会产生电 .图五这里我们选用驻极体话筒完成设计(电路如图五所示) .3.2 、放大电路TLC2252 是用德州仪器公司先进地LinCMOSTM工艺制造地双路运算放大器,具有满电源电压幅度输出性能,同时比现有地CMOS 运放具有更好地输入失调电压和更低地功耗.另外,对于这类低功耗CMOS 运放,噪声性能得到了惊人地改进,每一级放大仅需35uA(典型值)地电源电流.而且,共模输入电压范畴比通常标准CMOS 类型放大器更
19、宽 .为了利用这种性能上地改进并使此器件可以适用于更宽范畴地应用,用比5mV 更大地最大输入失调电压测试极限来规定VICR. 先进地 LinCMOSTM工艺使用硅栅技术获得输入失调电 压地温度和时间稳固性,这种稳固性远远超过了用金属栅技术所能获得地稳固性.这种技术欢迎下载精品学习资源也使输入阻抗有可能符合或超过顶栅JFET 和昂贵地介质绝缘器件地输入阻抗;TLC2252出现高输入阻抗和低噪声, 能很好地适用于高阻抗源,例如电压传感 器地小信号状况 .由于这些器件功耗低,所以它们在手持监视和遥感原始传感器应用中工作良好 .此外,满电源电压幅度输出特性以及单独或分别电源工作使得这些器件 在直图六接
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