基于单片机的简易电子琴毕业设计(论文)说明书.doc
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1、摘 要随着社会的发展进步,音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分,有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲,作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。我们对于电子琴如何实现其功能,如音色选择、自动放音功能等等也很好奇。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件,设计一个电子琴。以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,在主控模块上设有12个按键和一个扬声
2、器。本系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等,具有一定的实用和参考价值。关键词:STC89C51,电子琴,数码管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 music, as the baptism of the sp
3、irit. 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 control functions and flexible program
4、ming characteristics, It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is STC89C51 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 modules main control module, in th
5、e 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: STC89C51, electronic organ,led display目 录摘 要1ABSTRACT2
6、目 录3第一章 绪论31.1电子琴设计的背景及意义31.2 电子琴设计的目标31.3方案的比较和选择5第二章 硬件设计及说明52.1系统组成及总体框图52.2元件简介62.2.1 STC89C5162.2.2 901392.2.3 LED数码管102.3 各功能模块原理图112.3.1 STC89C51模块电路原理图112.3.2键盘扫描模块电路原理图122.3.3数码管显示模块电路原理图122.3.4音频处理模块电路原理图13第三章 软件设计133.1 音乐相关知识133.2如何用单片机产生音频脉冲133.3系统总体功能流程图14第四章 系统调试144.1硬件调试144.2 软件调试15第五
7、章 课程设计总结以及心得体会15致 谢16参考文献17附录A 电路图18附录C C语言源程序20第一章 绪论1.1电子琴设计的背景及意义随着当代科学技术的发展,电子产品在人们的日常生活中占据着越来越重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代表,是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。因此,我们选择了简易电子琴这个题目来制作,因为它不仅能够提高我的实践动手能力,还与实际生活有着紧密地联系。单片机是一门实践性很强的课程,而此次课程设计依据的理论基础是单片机的相关知
8、识。其主要目的是通过本课程的培养,启发学生的创造性思维,进一步理解数字系统的概念,掌握小型数字系统的设计方法,掌握小型数字系统的组装和调试技术,装握查阅有关资料的技能。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。1.2 电子琴设计的目标由于本设计主要用于人们娱乐方面,因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。其次,在这次设计可行性上进行分析如下:1、经济可行性:所谓经济可行性,即在这次设计上需要
9、投入资金的多少,由于课程设计是提高我们的动手能力以及资金有限。因此在经济上必须能够承受,比较理想化的对于我们课程设计来说是不可行的。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利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。1.3方案的比较和选择方案一:用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压,再经过整流、滤波,获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰
10、张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案二:采用STC89C51单片机进行控制,由于其性价比高,完全满足了本作品智能化的要求,它的内部程序存储空间达到8K,使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级,使用方便,抗干扰性能提高。选择方案:鉴于上述对比与分析,本设计采用方案二。第二章 硬件设计及说明2.1系统组成及总体框图硬件设计的任务是根据总体设计要求,在选择的机型的基础上,具体确定系统中所要使用的元器件,设计出系统的原理框图、电路原理图。该设计要实现一种由单片机控制的电子琴,单片机工作于12MHZ时钟频率,使用其定时/计数器T0,工作模式为1,改变计数值TH0和TL0可以产生不
11、同频率的脉冲信号。该设计具有8个音节的键盘,用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏,音乐发生器会根据用户的弹奏,通过扬声器将音乐播放出来。由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的,所以节拍由用户掌握,不由程序控制。用单片机产生的音频脉冲直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐,因为它没有足够的驱动能力,这就需要功率放大电路。本例使用三极管9013.来实现音频功放电路。按键音频功放电路单片机STC89C51扬声器LED显示电路图2-1 系统结构图2.2元件简介2.2.1 STC89C51STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在
12、单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为
13、止。最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。综上所述,凌阳单片机虽然性能更好,但价格比较昂贵,且本设计不需要很复杂的运算,所以本设计选用更便宜,更易用的STC89C52单片机。图2-2 STC89C51引脚图 DIP封装单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。(一)STC89C52主要功能、性能参数如下:(1)内置标准51内核,机器周期:增强型为6时钟,普通型为12时钟;(2)工作频率范围:040MHZ,相当于普通8051的080MHZ;(3)STC89C52RC对应Flash空间:4KB;(4)内部存
14、储器(RAM):512B;(5)定时器计数器:3个16位;(6)通用异步通信口(UART)1个;(7)中断源:8个;(8)有ISP(在系统可编程)IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器;(9)通用IO口:3236个;(10)工作电压:3.85.5V;(11)外形封装:40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。(二)STC89C52单片机的引脚说明: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,每脚可吸收8TTL门电流。当P1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,P
15、0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的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平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。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口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存
16、储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,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行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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)这是由于上拉的缘故。 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1) P3
17、.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口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口时有两种工作方式,即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的,不需要我们操心,1然后再实行读引脚操作,否则就可能
18、读入出错,为什么看上面的图,如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1,该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1,也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作,则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入,由于在输入操作时还必须附加一个准备动作,所以这类I/O口被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题,从图中可以看出这四个端口还有一个差别,除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 RST:复位输入。当振荡器复位器
19、件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 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脉冲。在平时,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。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止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。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存
20、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信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时,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。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,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。(三)STC89C52单片机最小系统:最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件,能使单片机始终处于正常的运
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