单片机课程设计报告 电子音调发生器.doc

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1、 单片机课程设计报告电子音调发生器一、 设计要求利用JD51开发板上的按键S1S4和蜂鸣器设计电子音调发生器，要求：（1）利用JD51开发板上的按键S1S4进行音调选择，即按下不同的开关产生不同的音调，依次按动S1S4 及组合按键，蜂鸣器发出i八个音调；并在数码管上显示。（2）编写2支歌曲，并可进行选择播放。二、设计目的（1） 了解计算机发声原理。（2） 熟悉定时器和键盘扫描电路的工作原理及编程方法。三、设计原理利用计时器计时此半周期时间，每当计时到后就将输出方波的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚得到此频率的方波。 在JD51单片机上，产生方波的I/O脚选用P

2、2.4，通过跳线选择器将单片机的P2.4与蜂鸣器的驱动电路相连。这样P2.4输出不同频率的方波，蜂鸣器便会发出不同的声音。另外，音乐的节拍是由延时实现的，如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒。只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍。音节由不同频率的方波产生，音节与频率的关系通过查表可得。要产生音频方波，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。每个音节相应的定时器初值X可按下法计算： （1/2）*(1/f)=(12/fose)*(216-x)即 x=216-(fose/24f)其中f:音调频率，当晶振fose=11.

3、0592MHz时，音节“1”相应的定时器初值为x,则可得x=63777D=F921H 其它的可同样求得。 表1 音调频率（Hz）X(HEX)1262F9212294F9E13330FA8C4349FAD85392FB686440FBE97494FC5Bi523FC8F四、proteus仿真设计及描述按键一：数码管显示1，同时能听到蜂鸣器响音调1按键一：数码管显示1，同时能听到蜂鸣器响音调1按键二：数码管显示2，同时能听到蜂鸣器响音调2按键三：数码管显示3，同时能听到蜂鸣器响音调3按键四：数码管显示4，同时能听到蜂鸣器响音调4因为音调5,6,7，i以及音乐都是由两个按键控制的，所以在仿真时实现不

4、了。五、设计方案及思路1 总体框图数码管显示电路 矩阵键控制 89C51 单片机 声音输出电路按键重播控制音乐播放控制 硬件图2蜂鸣电路模块鸣器驱动电路和89C51组成。 选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要100MA驱动电流。当89C51输出为低电平时蜂鸣器产生蜂鸣音，89C51 输出为高电平时，蜂鸣器不发声。六、 软件设计流程及描述根据要实现的功能，流程图如下：熟悉定时器和键盘扫描电路的工作原理及编程方法。开始系统初始化判断按键判断按键电子琴液晶显示播放音调播放音乐功能选择音乐1软件设计思路电子琴主要的工作是将按键的信息读取，然后根据按键的数字，用计数器输出相对应的频率，实现电子

5、琴的音调。程序主要为5部分，键盘扫描、中断计时、数码显示、音乐播放、主程序，他们分别执行不同的功能。2.各部分功能介绍（1）键盘键值读取程序键盘键值读取程序包括键盘扫描、消除抖动、键译码等内容。按键的识别主要有两种方法：行反转法和行扫描法。因为键盘为机械开关，容易引入抖动。为了消除抖动干扰，在程序中要加入消除抖动的部分。（2）中断计时中断部分，中断定时器1主要负责输出不同频率的方波，产生声音，中断定时器1主要是计时按键时间及按键间隔时间的功能，在播放音乐的时候，还担任着播放音乐的节拍的任务。（3）音乐播放音乐播放部分主要是播放音乐，实现按键重播和播放程序里面的音乐的功能。（4）主程序主程序主要

6、是随时发出按键的声音功能，并且通过不同P口的扫描，判断是否是播放按键声音还是播放音乐，还是继续发出按键声音。七、实验源程序汇编程序：/*SB1 1音 SB2 2音 SB3 3音 SB4 4音 SB1SB2 5音 SB2SB3 6音 SB3SB4 7音 SB1SB4 i音 SB1SB3 第一首歌 SB2SB4 第二首歌 */ORG 0000HLJMP KEYP0KEYP0: MOV R0,#00H CLR TR0 SETB P2.4 ;关蜂鸣器 SETB P2.3 ;关数码管WU: MOV R0,P3 ;扫描键盘输入 CJNE R0,#0FFH,KEYPO1 ;有输入时跳转 JMP WUKEYP

7、O1:CJNE R0,#0FBH,KEYPO2 ;输入1音,非1音跳转 SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平 MOV R3,#200MAIN01:MOV TMOD,#01H ;初始化,工作方式1 MOV TL0,#21H ;写入计数初值 MOV TH0,#0F9H SETB TR0 ;启动计数 WAIT1:JNB TF0,WAIT1 CLR TF0 CPL P2.4 ;蜂鸣器响 CLR P2.3 ;数码管显示1 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN01 LJMP KEYP0 ;返回程序KEYP0 KEYPO2:CJNE R0,#0F7H,KEYPO3 ; 输入2音,非

8、2音跳转SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平MOV R3,#200 MAIN02:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0E1H ;写入计数初值 MOV TH0,#0F9H SETB TR0WAIT2:JNB TF0,WAIT2 CLR TF0 CPL P2.4 ;蜂鸣器响 CLR P2.3 ;数码管显示2 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN02LJMP KEYP0KEYPO3:CJNE R0,#0EFH,KEYPO4 ; 输入3音,非3音跳转SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平MOV R3,#200MAIN03:MOV TMOD,#01H MOV TL0

9、,#08CH MOV TH0,#0FAH SETB TR0WAIT3:JNB TF0,WAIT3 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN03LJMP KEYP0KEYPO4:CJNE R0,#0DFH,KEYPO5 ; 输入4音,非4音跳转SETB P2.4MOV R3,#200MAIN04:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0D8H MOV TH0,#0FAH SETB TR0WAIT4:JNB TF0,WAIT4 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MOV A,#B MOV P0,A DJ

10、NZ R3,MAIN04LJMP KEYP0KEYPO5:CJNE R0,#0F3H,KEYPO6 ; 输入5音,非5音跳转SETB P2.4MOV R3,#200 MAIN05:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#068H MOV TH0,#0FBH SETB TR0WAIT5:JNB TF0,WAIT5 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN05LJMP KEYP0KEYPO6:CJNE R0,#0E7H,KEYPO7 ; 输入6音,非6音跳转SETB P2.4MOV R3,#200 MAIN06:MOV

11、TMOD,#01H MOV TL0,#0E9H MOV TH0,#0FBH SETB TR0WAIT6:JNB TF0,WAIT6 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN06LJMP KEYP0KEYPO7:CJNE R0,#0CFH,KEYPO8 ; 输入7音,非7音跳转SETB P2.4MOV R3,#200 MAIN07:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#05BH MOV TH0,#0FCH SETB TR0WAIT7:JNB TF0,WAIT7 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MO

12、V A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN07LJMP KEYP0KEYPO8:CJNE R0,#0DBH,KEYPO9 ; 输入i音,非i音跳转 SETB P2.4 MOV R3,#200 MAIN08:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#08FH MOV TH0,#0FCH SETB TR0WAIT8:JNB TF0,WAIT8 CLR TF0 CPL P2.4 CLR P2.3 MOV A,#B MOV P0,A DJNZ R3,MAIN08LJMP KEYP0KEYPO9:CJNE R0,#0EBH,KEYPO10 ;跳转到第一首歌程序 LJMP MUSTART

13、1KEYPO10:CJNE R0,#0D7H,JIELI ;跳转到第二首歌程序 LJMP MUSTART2JIELI:JMP KEYP0 ;返回主程序MUSTART1: ;歌曲1的播放程序 MOV R0,#00H ;节拍表指针置零 MOV R1,#00H ;音符表指针置零RTAB:MOV A,R0 MOV DPTR,#RYTH MOVC A,A+DPTR ;查表法将一个节拍数据取出放R2计数器中 MOV R2,ATTAB:MOV A,R1 MOV DPTR,#TONE MOVC A,A+DPTR MOV R3,A ;取出音符表高8位 INC R1 ;指针加1 MOV A,R1 MOV DPTR

14、,#TONE MOVC A,A+DPTR MOV R4,A ;取出低8位 SETB P2.4 ;输出相应音调的方波LOOP:MOV R5,#3BHMAIN:MOV TMOD,#01H MOV TL0,R4 MOV TH0,R3 SETB TR0WAIT:JNB TF0,WAIT CLR TF0 CPL P2.4MAYA:JB P3.2,MAYB ;判断P3.2口是否有为1 JB P3.4,MAYB ;判断P3.4口是否有为1 LJMP RA ;P3.4口为0则跳转到程序RAMAYB:JB P3.3,JIELI ;判断P3.3口是否有为1 JB P3.5,JIELI ;判断P3.5口是否有为1

15、LJMP MUSTART2 ;P3.5口为0则放第二首歌RA: DJNZ R5,MAIN ;无打断则继续放第一首歌 DJNZ R2,LOOPINC R0 ;两个表的指针都加1INC R1CJNE R1,#88,RTAB ;判断是否取完LJMP KEYP0TONE:DB 0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FHDB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68

16、HDB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68HDB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BHDB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFHRYTH:DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04DB 04,05,04,0

17、4,04,04,04,04,04,04DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB 04,04,04,04MUSTART2: MOV R0,#00H MOV R1,#00HRTAB2: MOV A,R1 MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV R2,ATTAB2: MOV A,R1 MOV DPTR,#TONE2 MOVC A,A+DPTR MOV R3,A INC R1 MOV A,R1 MOV DPTR,#TONE2 MOVC A,A+DPTR MOV R4,A SETB

18、P2.4LOOP2: MOV R5,#9BHMAIN2: MOV TMOD,#01H MOV TL0,R4 MOV TH0,R3 SETB TR0WAITR:JNB TF0,WAITR CLR TF0 CPL P2.4MAYA1:JB P3.3,MAYB1 JB P3.5,MAYB1 LJMP RBMAYB1:JB P3.2,BACK JB P3.4,BACK LJMP MUSTART1BACK:LJMP JIELIRB: DJNZ R5,MAIN2 DJNZ R2,LOOP2 INC R0INC R1CJNE R1,#64,RTAB2LJMP KEYP0TONE2:DB 0FBH,68H,0

19、FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FHDB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68HDB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68HDB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH

20、,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BHDB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFHTABLE1:DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04DB 04,05,04,04,04,04,04,04,04,04DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB 04,04,04,04 ENDC语言程序：/*SB1 1音 SB2 2音 SB3 3音 SB4 4音 SB1SB2

21、 5音 SB2SB3 6音 SB3SB4 7音 SB1SB4 i音 SB1SB3 第一首歌 SB2SB4 第二首歌 */#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit BEEP=P24;sbit K1=P32;sbit K2=P33;sbit K3=P34;sbit K4=P35;sbit L=P23;uchar th0_f; /在中断中装载的T0的值高8位 uchar tl0_f; /在中断中装载的T0的值低8位 uchar keyscan(uchar key);/键盘输入函数void delay(uint

22、t);/延时函数void display(uint i);/数码管显示函数uchar table16=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E; /共阳极数码管显示码/ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f uchar code freq16= 0x21,0xF9,/262Hz,10xE1,0xF9,/294Hz,20x8C,0xFA,/330Hz,30xD8,0xFA,/349Hz,40x68,0xFB,/392Hz,50xE9,0xFB,/440H

23、z,60x58,0xFC,/494Hz,70x8F,0xFC /523Hz,i; uchar code freqgequ18= /歌曲音调表0x00,0x00,0x44,0xFC,/10xAE,0xFC,/20x0A,0xFD,/30x34,0xFD,/40x82,0xFD,/50xE2,0xFD,/60x06,0xFE,/70x22,0xFE/i;void play(uchar *diaodata,uchar *jiedata) uchar i,c=0; uint n; TR0=1; for(i=0;diaodatai!=0;i+) /逐个符号演奏 tl0_f=freqgequdiaodat

24、ai*2; /取出对应的定时值送给T0 th0_f=freqgequdiaodatai*2+1; for(c=0;cjiedatai;c+) /按照音长延时，两首歌均为4/4拍，每拍延时为125ms for(n=0;n8000;n+); /单个音调的延时约2*8.6ms，乘上节拍 if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=1) /当按键松开,立即退出播放 delay(20);if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=1)TR0=0; return; TR0=0; for(n=0;n500;n+); /音符间延时 TR0=1; TR0=0;L=1;BEEP=1; /祝你生日快乐音符表uchar

25、code shengri=1,1,2,1,4,3,1,1,2,1,5,4,1,1,8,6,4,3,2,8,7,8,7,6,4,5,4;/祝你生日快乐节拍表uchar code shengrijiepai=9,3,12,12,12,24,9,3,12,12,12,24,9,3,12,12,12,12,12,9,3,12,12,12,24,0;/天空之城音符表uchar code tiankongzhicheng= /为方便计算，i音用8来表示 6,7,1,7,1,3,7,3,3,6,5,6,1,5,3,3,4,3,4,1, 3,1,1,1,7,4,4,7,7,6,7,1,7,1,3,7,3,3,

26、6,5,6,1,5,3,4, 1,7,1,2,2,2,1,1,6,7,5,6,1,2,3,2,3,5,2,5,5,1,7,1,3,3,6,1,7,2,1,5,5,4,3,2,1,3,3,3,6,5,5, 3,2,1,1,2,1,2,5,3,3,6,5,3,2,1,1,2,1,2,7,6,6,7,6,0;/天空之城节拍表uchar code tiankongzhichengjiepai= 4,4,12,4,8,8,20,4,4,12,4,8,8,20,4,4,12,4,4,12, 20,4,4,4,12,4,8,8,20,4,4,12,4,8,8,20,4,4,12,4,8,8,32,4,8,4

27、,6,8,4,4,4,16,8,4,6,8,24,4,4,12,4,8,8,24,4,4,4,4,8,8,32,4,8,8,6,12,4,16,8,8,8,8,30,20,8,16,8,8,4,4,16,8,8,4,4,8,20,8,16,16,4,20,8,8,4,4,8,20,4,4,32,;/*主函数*/void main(void) / 主程序 uchar k; uchar code jie88=0,1,2,3,4,5,6,7;/i八个音符在频率表中的位置 TMOD=0x01; /使用定时器0的工作方式1 TR0=0; /关计数器ET0=1; /允许计数器中断EA=1; /开中断 wh

28、ile(1)k=keyscan();switch(k)case 0:BEEP=1;break; /1音case 1:display(1);tl0_f=freqjie80*2;th0_f=freqjie80*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /1音case 2:display(2);tl0_f=freqjie81*2;th0_f=freqjie81*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /2音case 3:display(3);tl0_f=freqjie82*2;th0_f=freqjie82*2+1;TR0=1

29、;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /3音case 4:display(4);tl0_f=freqjie83*2;th0_f=freqjie83*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /4音case 5:display(5);tl0_f=freqjie84*2;th0_f=freqjie84*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /5音case 6:display(6);tl0_f=freqjie85*2;th0_f=freqjie85*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1

30、;L=1;break; /6音case 7:display(7);tl0_f=freqjie86*2;th0_f=freqjie86*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /7音case 8:display(8);tl0_f=freqjie87*2;th0_f=freqjie87*2+1;TR0=1;delay(300);BEEP=1;L=1;break; /i音case 9:display(10);play(shengri,shengrijiepai);BEEP=1;L=1;break; /第一首歌case 10:display(11);play(ti

31、ankongzhicheng,tiankongzhichengjiepai);BEEP=1;L=1;break; /第二首歌 TR0=0; /*键盘输入函数*/uchar keyscan(uchar key)if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=1) /初始化delay(20);if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=1)key=0;if(K1=0&K2=1&K3=1&K4=1) /1音，SB1按下delay(20);if(K1=0&K2=1&K3=1&K4=1)key=1; if(K1=1&K2=0&K3=1&K4=1) /2音，SB2按下delay(20);if(K1=1&K2=0&

32、K3=1&K4=1)key=2;if(K1=1&K2=1&K3=0&K4=1) /3音，SB3按下delay(20);if(K1=1&K2=1&K3=0&K4=1)key=3; if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=0) /4音，SB4按下delay(20);if(K1=1&K2=1&K3=1&K4=0)key=4;if(K1=0&K2=0&K3=1&K4=1) /5音，SB1和SB2按下delay(20);if(K1=0&K2=0&K3=1&K4=1)key=5;if(K1=1&K2=0&K3=0&K4=1) /6音，SB2和SB3按下delay(20);if(K1=1&K2=0&K3=

33、0&K4=1)key=6;if(K1=1&K2=1&K3=0&K4=0) /7音，SB3和SB4按下delay(20);if(K1=1&K2=1&K3=0&K4=0)key=7;if(K1=0&K2=1&K3=1&K4=0) /i音，SB1和SB4按下delay(20);if(K1=0&K2=1&K3=1&K4=0)key=8;if(K1=0&K2=1&K3=0&K4=1) /第一首歌，SB1和SB3按下delay(20);if(K1=0&K2=1&K3=0&K4=1)key=9;if(K1=1&K2=0&K3=1&K4=0) /第二首歌，SB2和SB4按下delay(20);if(K1=1&

34、K2=0&K3=1&K4=0)key=10;return (key);/*延时函数*/ void delay(uint t)uint i,j;for(i=0;it;i+)for(j=0;j250;j+);/*显示函数*/void display(uint i)L=0; /第四个数码管亮P0=tablei; /将数据送到P0口/定时中断0,用于产生唱歌频率 timer0() interrupt 1 TL0=tl0_f;TH0=th0_f; /调入预定时值 BEEP=BEEP; /取反音乐输出IO 八、 实验过程 此次实验的硬件电路是统一设计的，按键电路只有4个，还有复位电路，晶振电路，蜂鸣器。焊

35、单片机的过程还是比较轻松的。主要是软件的编写与调试。 艰难的编完程序之后就开始调试，刚开始接通电源时，单片机就开始发出滋滋的声音，对此，在程序里把蜂鸣器的初值设定为1。问题二就是，在音调一按键完之后音调二三四等等都不会鸣响。检查完程序，发现是程序没有设置循环扫描键盘输入。问题三：汇编程序成功之后，c语言中音调一功能实现不了，而其他现象都完美的实现了。发现是在程序中应该设置一个初始化的值，然后就把困难解决了。九、实验总结及体会在我看来，要完成一个项目，方法又很多，要走的巧，对于这个电子琴来说，网上又很多类似的程序，照搬照抄我反对，但是我的程序业不全是我自己写的，有些模块我是借鉴别人的，弄懂之后灵

36、活插入自己的程序中，来实现我的功能。通过这次程序的编写使我在大程序的编写上能力有所提高，培养了我们动手能力和创新能力。在编程序的时候，因为单片机的课程是从大二下第八周开始上，而且也没有上过微机原理的课程，导致对此课程理解起来比较费劲，所以在编程序的时候，对汇编语言运用比较艰难。幸而有助教的指导，然后我一步一步把程序改完了。我觉得，这次写程序有很多收获，明确的自己要做的功能，明确的目的，就来整体规划，哪个端口怎么用，定时器怎么来分，然后就是一步一步来实现需要的功能，在写程序的过程中大脑中呈现出总的轮廓，并分块来写，这样就不会乱了。十、参考文献1.单片机原理与应用 戴胜华等著，北京：清华大学出版社、北京交通大学出版社，2006