基于51单片机的吉他调音器系统设计--实物制作(23页).doc
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1、-基于51单片机的吉他调音器系统设计-实物制作-第 17 页课程设计报告课程名称: 吉他调音器控制系统设计-实物制作 专业班级: 姓 名: 学 号: 课设时间: 指导教师: 批阅时间: 成 绩: 目录绪论11、总体设计方案 12、核心芯片结构原理介绍 2 2.1、中央控制器-STC90C516RD+3 2.2、电机驱动芯片ULN200353、模拟部分介绍 6 3.1、输入电路 6 3.2、放大电路 6 3.3、滤波电路 8 3.4、整形输出电路 9 3.5、模拟部分输出波形10 3.6、模拟部分实物图104、软件程序编程语言及开发环境选择115、琴弦频率测量模块设计11 5.1、频率测量方法的
2、选取11 5.2、频率测量程序设计说明12 5.3、单片机程序流程图13 5.4、单片机程序 13 5.5、单电机实物图 13 5.6、原件清单 13 5.7、整体电路图 13结 论 14附录一 15附录二 16附录三 21附录四 22 绪论目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗
3、器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。琴弦音频测定仪的设计正是以单片机为核心,通过其他的外围电路实现琴弦的准确调弦。我们通过计算得出吉他每一根空弦音的理论音高(十二平均律的),然后看泛音调弦方法得到的音高是不是与之相等即可。对于标准音高a1=440.0000 Hz,那么按照12平均律所生成的各弦空: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 =
4、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 ( 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、核心控制模块、语音模块
5、设计、外围辅助电路模块。外围辅助电路模块 核心控制 模块 声音采集 模块 图一图一 系统总框图二、实验仪器: (1)声音采集模块的设计:这部分是利用单片机测量琴弦频率的前提,主要功能是将要采集的声音信号转换成可测量的电信号。要保证转换的精度,还要处理好电路本身产生的谐波。电路应该有基本的放大、滤波、比较电路的设计。 (2)核心控制模块的设计:这部分属于系统的软件部分设计。主要是控制芯片的选择和编程语言的选择。通过单片机控制各个子模块的正常工作,实现需要的功能是需要解决的重点。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)外围辅助电路的设计:这部分都是系统的
6、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准确组合并能够实现各自所需的功能。根据设计任务,以及方案的研究,我们最终确定了以下方案: (4)晶振和复位电路:晶振作用是为系统提供基本的时钟信号,通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。复位是单片机的初始化操作。通过选择的控制芯片设计合适的晶振和复位电路。 (5)串口电路:使用MAX232芯片设计一个简单的串口下载电路,为了方便单片机程序的下载。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、中央控制器-STC90C516RD+ STC90C51
7、6RD+系列单片机是新一代超高速、低功耗的单片机,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/机器周期可任意选择,内部集成MAX810专用复位电路,时钟频率在12MHz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.工作频率范围:0-40MHz,相当于普通8051的 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.
8、片上集成 1280字节/512/256字节 RAM6.通用I/O口(35/39 个),复位后为: P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉(普通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
9、还可以当成2个8位定时器使用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),还可用定时器软件实现多个UART14.工作温度范围:0-75/-40-+8515.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):接外部晶体振荡器的一端。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的输入端。XTAL2(18脚):接外部晶体振荡器的另一
10、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6MHZ40MHZ之间选择,常选6MHz或12MHz的石英晶体。电容的值没有严格要求,但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响,C1、C2可在20pF100pF之间选择。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。 控制信号或与其它电源复用引脚(1)(9脚):复位端。当输入的复位信号持续2个以上机器周期(12个晶体振荡周期)高电平即为有效,
11、用于完成单片机的复位初始化操作。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(电源范围5V0.5V),由VPD向内部RAM供电,以保持内部RAM中的数据。(2)(30脚):地址锁存使能。ALE(Address Latch Enable);PROG(Program)为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号,将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。引脚第二功能,对片内 Flash编程,为编程脉冲输入端。(3)(29脚):(Programmer Saving ENable),外部程序存储器读选通信号。在读外部程序存储器时有效(
12、低电平),以实现外部程序存储器单元的读操作。在访问外部数据存储器、访问内部程序存储器时无效。(4)(31脚):(Enable Address/Voltage Pulse of Programming)访问程序存储控制信号。当“0”时,表示读外部程序存储器。只读取外部的程序存储器中的内容,读取的地址范围为0000HFFFFH(64KB),片内的4KB Flash 程序存储器不起作用。当“1”时,表示对程序存储器的读操作是从内部程序存储器开始,并可延至外部程序存储器。在PC值不超出0FFFH(即不超出片内4KB Flash存储器的地址范围)时,单片机读片内程序存储器(4KB)中的程序,但当PC值超
13、出0FFFH (即超出片内4KB Flash地址范围)时,将自动转向读取片外60KB(1000H-FFFFH)程序存储器空间中的程序。对于EPROM(或FLASH)型单片机,在EPROM编程期间,此引脚需加12.75V或21V的编程电压。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,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,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TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 图四 ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端
14、允许通过电流为200mA,饱和压降VCE约1V左右,耐压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出,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的电阻较为合适,同时,COM引脚应该悬空或接电源。 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.资料的最后有引用电路,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的作用:ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接
15、驱动继电器等负载。输入5VTTL电平,输出可达500mA/50V。 ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点如下:ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。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、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。3、模拟部分介绍3.1、输入电路 电容话筒是根据电容与两极板间距离成反比,当振动时,电容话筒的两极间距离变化,距离变大时,因为电容变小,所以电压扁高
16、,这时就产生了电信号。电容话筒大多需要用电极化,也有不用极化的,称为驻极体电容话筒,就是一般电话里面使用的,非常廉价。 压电陶瓷是一种特殊的材料,它受到点的作用时,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的LinCMOSTM工艺制造的双路运算放大器,具有满电源电压幅度输出性能,同时比现有的CMOS运放具有更好的输入失调电压和更低的功耗。另外,对于这类低功耗CMOS运放,噪声性能得到了惊人的改进,每一级放大仅需35uA(典型值)的电源电流。而且,共模输入电压范围比通常标准CMOS类型
17、放大器更宽。为了利用这种性能上的改进并使此器件可以适用于更宽范围的应用,用比5mV更大的最大输入失调电压测试极限来规定VICR。先进的LinCMOSTM工艺使用硅栅技术获得输入失调电压的温度和时间稳定性,这种稳定性远远超过了用金属栅技术所能获得的稳定性。这种技术也使输入阻抗有可能符合或超过顶栅JFET和昂贵的介质绝缘器件的输入阻抗;TLC2252呈现高输入阻抗和低噪声,能很好地适用于高阻抗源,例如电压传感器的小信号状况。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离电源工作使得这些器件在直 图六接与模拟数字转换器(ADC)接口
18、时成为主要的选择对象。所有这些特性,再结合它们的温度性能,使得TLC2252系列能理想的适用于声纳、远程传感器、温度控制、有源压阻传感器、加速计、便携式医学应用、手持仪表以及许多其他应用(引脚图如图六所示)。LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电 图七源供电的使用运算放大器的场合(引脚图如图七所示)。 由以上两种放大器和适当参数的电阻电容构成两级放大电路(电路图如图八所
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