基于单片机AT89C51的带存储功能的电子琴设计报告论文.doc

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1、目 录摘要2Abstract31 绪论4 1.1课题背景42 单片机6 2.1 单片机带存储功能的电子琴的发音和控制核心6 2.2 基于单片机的带存储功能的电子琴的功能与操作6 2.3 带存储功能电子琴的流程图73 PROTEUS设计电路8 3.1 从PROTEUS库中选取元件83.2 在ISIS编辑区中设计电路83.3 时序图94. 程序代码105 总结26摘 要 在现代各种生活中，电子琴作为一种音乐型玩具 广泛用于与人们的日常生活中。市场上有各种各样的电子琴。特别是日本产的，音质优美，它是有专门的音乐控制芯片制造的。由于其价格较贵，无法大面积普及，且功能单一。用89c51作为主控中心，研制

2、一种简易的微型电子琴，尽可能地体现较好的音质来，是一种可做的尝试。以单片机为核心设计的简易电子琴系统，由按键扫描电路、声音产生驱动电路、复位电路、等模块组成的，是一种比较实用、廉价的电子玩具。本论文所设计的简易电子琴，它分为两大部分，硬件电路的设计和软件的设计。硬件电路的设计以AT89S51单片机为控制主板，辅以外围的扩展设备蜂鸣器、矩阵键盘、共阳数码管，形成一个可被控制的显示系统。关键字：简易电子琴 单片机 矩阵键盘 AbstractIn the modern variety of life, the flower as a musical toys, widely used and peo

3、ples daily life. There are all kinds of market flower. Japan is particularly middle, sounding, it is a dedicated music control of the chip maker. Because of its expensive price, not a popular area, and single function. 89 c51 used as a control centre, the development of a simple micro-organ, as far

4、as possible, to reflect a better quality, is an attempt to do. MCU core design for a simple flower, from the button scanning circuit, a driver circuit voice, reset circuit, such as modules, is a more practical and inexpensive electronic toys. In this paper the design of simple flower, which are divi

5、ded into two parts, hardware circuit design and software design. Hardware circuit design to AT89S51 microcontroller for the control board, supported by the expansion of the external equipment buzzer, matrix keyboard, a total of Yang digital form can be controlled by a display system. SCM software de

6、signed to control the internal timer T0 to produce different frequency square wave, driving a different syllable speakers voice. Reuse delayed to control the length of pronunciation, pitch in to control the beat. Key word ：Simple flower MCU Matrix keyboard 绪论1.1 课题背景单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有二

7、十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。按照内部数据通道的宽度，单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机的中央处理器（CPU）和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种地址访问方式、多种跳转、乘除法运算、状态监测、中断处理等，增强了实时性。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广

8、泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（Princeton）结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。单片微型计算机自从问世以来，作为微型计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高，处理功能强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成就。本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机，配置了外围设

9、备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发，有着广泛的应用领域。20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，更有特点。其功

10、能和市场竞争力更强，不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，故叫简易电子琴。利用定时器可发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。其次，定时器按设置的定时参数产生中断，这一次中断发出脉冲低电平，下一次反转发

11、出脉冲高电平，由于定时参数不同，就发出不同频率的脉冲，本设计中按键一次，会发出50个脉冲，松开后随之延时10个脉冲，但在延时的10个脉冲期间继续检测键盘，若此时又有键被按下，若被按下的仍为原键则声音不变，否则键盘会译出被按下的另一个键的音调。 我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。单片机2.1单片机带储存功能的电子琴的发音和控制核心玩具电子琴不仅是幼儿喜爱的玩具，而且还是开发幼儿智能和培

12、养幼儿创造力的教具，有宽广的市场。目前，市面上的电子琴大多只有按键发音，按键播放音乐的功能，而无存储现场弹奏音乐的功能。带存储功能的电子琴发音和控制核心是单片机AT89C51或AT89C2051，存储芯片采用24系列IIC串行EEPPOM存储器，即使断电也能长期保存音乐数据。我们小组从单片机系统的PROTEUS设计与仿真该玩具电子琴的基本硬件，软件设计，并实时交互仿真，而且进行了一些数码管扩展，可以显示出播放的是第几首歌。图2-1 单片机实物图2.2带储存功能的电子琴的功能与操作功能：1.指示灯亮，为操作等待状态：在放音，弹琴时灯不亮。2.15个发音键，按键时间长发声长，按键时间短发声短：按“

13、0”键为音乐休止符键，不发声，用它时间的长短表示休止时间的长短。3.可播放预存的11首音乐。4.可存储现场弹奏的音乐，断电后仍可长久保存。操作：1.放歌：按“唱歌”键，再按1键或2键或3键C键，可播放12个键所代表的12首歌，其中，按C键即唱现场自弹并存入IIC中的歌。2.弹唱：按“弹唱”键，再按“C”键，即可按使用者的意愿弹奏，“1”，“2”，”3”分别代表哆，唻，咪.“0”代表休止符。3.弹完后，再按“弹唱”键，则播放所弹的歌，并将此的歌自动存入“C”中。2.3带储存功能的电子琴的流程图PROTEUS设计电路图3-1,是有存储功能电子琴电路原理图。其中复位电路，振荡电路未画出。3.1从PR

14、OTEUS库中选取元件AT89C51/AT89C2051RES,PULLUP,PULLDOWN:电阻，上拉电阻，下拉电阻LED-GREEN:LED发光管BUTTON：按钮CAP,CAP-ELEC：电容，电解电容CRYSTAL：晶振24C16B:串行EEPROM存储器SOUNDER：发声器3.2在ISIS编辑区中设计电路按图1设计原理图，在ISIS编辑区中进行电路设计：合理布置元器件，终端，并连线，设置网络标号，电气检测等。3.3 2c16b串行存储器时序图图3-2，2c16b串行存储器时序图程序代码（注释）;R5音调延时值;R6从内存中读到的数据 ;9H-TABLE111数据;20H-TL1初

15、值;21H-TH1初值;22H-修正后的按键值;30H-TABLE111地址计数器 ;0AH-弹奏音调延时值;0BH-内存地址;0CH-读写到内存的数据;0DH-按键值;0EH-内存器件地址 PORT1 EQU P3PORT2 EQU P2SCK BIT P0.5SDA BIT P0.6KEY1 BIT P2.0KEY2 BIT P2.1 ORG 0H SJMP MAIN ORG 0BH LJMP TIME0 ORG 1BH LJMP TIME1 ORG 30H;-初始化-MAIN: CLR TR0 ；关定时器0 CLR TR1 ；关定时器1 MOV SP,#4FH ；堆栈指针指向4FH MO

16、V R0,#100 MOV P1,#01H ；开第一个数码管SETB KEY2 ；并把其他数码管CLR KEY2 ；关掉 LCALL DELAY5 ；调用延时子程序 MOV 9H,#0 ;9H-TABLE111数据； MOV 0AH,#0 ；0AH-弹奏音调延时值 MOV 0BH,#0 ；0BH-内存地址 MOV 0CH,#0 ；0CH-读写到内存的数据MOV TMOD,#11H ；设置定时器为方式1 MOV IE,#8AH ；开定时器中断 MOV 0DH,#88H;-扫描放歌和弹奏建-XIAN: JB P3.2,QT1 ;没按下放歌建跳qt1 CLR P1.0 ;按下放歌建LED发光 LCA

17、LL DELAY1 LCALL DELAY1 JNB P3.2,$ ;放歌建没释放原地等待 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1Q1: LCALL SAO CJNE R0,#0,Q11 SJMP Q1Q11: LCALL TRANF JZ MAIN MOV 0DH,A ;0DH=按键值 LJMP SING0QT1: JB P3.3,QT4 ;没按弹奏建跳QT3 CLR P1.0 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 JNB P3.3,$ ;弹奏键没释放原地等待 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1QT2: LCALL SAO CJNE R0,#0,QT

18、3 SJMP QT2QT3: LCALL TRANF CJNE A,#0BH,QT11 ;若按键值=11转(B键)MAIN;!=11键转QT11 LJMP MAINQT11: JC MAIN ;若按键值11继续 CJNE A,#0CH,M4 ;若按键值!=12转M1;=12(C键)继续 ;即C键没按下转M1 MOV PORT1,#11101111B JNB P3.3,$ ;若C键没释放原地等待 MOV 0BH,#0 LJMP LOOP ;输入乐曲存储并演奏 M4: LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 LCALL RWX80 ;擦写内存数据;全部为1 LJMP MAINQT4:

19、LJMP XIAN ;返回重新扫描放歌和弹奏建;-RWX80: CJNE A,#0DH,MM2 ;A!=13(D键)转M2;若为D键继续;D键没按下转M2 MOV 0EH,#0A2H ;0EH=162=10100010B;0EH为24c16页地址 SJMP MMMM2: CJNE A,#0EH,MM3 ;A!=14(E键)转M3;E键没按下转M3 MOV 0EH,#0A4H ;0EH=164=10100100B SJMP MMMM3: MOV 0EH,#0A6H ;F键按下;0EH=166=10100110BMM: MOV 0BH,#0 MOV 0CH,#0HRWX801: LCALL RKX

20、02 LCALL WKX02 INC 0BH INC 0BH INC 0BH INC 0BH MOV A,0BH CJNE A,#0FFH,MM4 MOV 0BH,#0MM4: INC 0CH INC 0CH INC 0CH INC 0CH CJNE A,#0H,RWX801 RET;-读数据-RKX02: LCALL START MOV A,#0A0H ;24C16寻址10100000写 LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0BH ;发送24c16子地址 LCALL WRBYT LCALL TACK LCALL START MOV A,#0A1H ;24C16寻址101

21、00001读 LCALL WRBYT LCALL TACK MOV 10H,R6 LCALL RDBYT LCALL NOTACK MOV 11H,R6 LCALL RDBYT LCALL NOTACK MOV 12H,R6 LCALL RDBYT LCALL TACK MOV 13H,R6 LCALL NOTACK LCALL STOP RET;-写数据-WKX02: MOV R1,#10H LCALL START MOV A,#0A0H LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0BH LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0CH LCALL WRBYT

22、 LCALL TACK MOV R0,#4WKX021: MOV A,R1 LCALL WRBYT LCALL TACK INC R1 DJNZ R0,WKX021 LCALL STOP LCALL DELAY5 LCALL DELAY5 RET;-输入乐曲存储并演奏-LOOP: CLR TR0 CLR TR1AAA: JB P3.3,LOOP4 ;弹奏键按下 向下执行存储乐曲并演奏 否则转LOOP4继续输入乐曲OVER: LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 MOV 0CH,#0 LCALL WBAY ;存00结束乐谱 LCALL DELAY1 MOV 0DH,#12 LJMP

23、 SING0 ;播放弹奏的乐曲 LOOP4: LCALL SAOMOV PORT1,#0FFHNOPLCALL DELAY5JNB P3.3,OVER LCALL SAO CJNE R0,#0,KEYIN LJMP LOOPKEYIN: LCALL TRANF SWAP A MOV 09H,A SWAP A CJNE A,#0,ZZZ ;非0键转ZZZ CLR TR1 CLR TR0 LJMP ZZZZ ;0键转ZZZZZZZ: DEC A ;A为按键值;因从1键值音调序号对应TABLE频率表0位置;故减1 MOV 22H,A ;22H存修正后(A=A-1)的按键值 CLR C RLC A ;

24、A*2因TABLE一个单元为2字节(1字),指向该单元的第1个字节 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV TH1,A ;TH1赋初值 MOV 21H,A ;TH1初值存21H MOV A,22H CLR C RLC A ;A*2因TABLE一个单元为2字节(1字) INC A ;指向该单元的第2个字节 MOVC A,A+DPTR MOV TL1,A ;TL1赋初值 MOV 20H,A ;TL1初值存20H MOV TH0,#0C2H MOV TL0,#0F6H SETB TR0 SETB TR1ZZZZ: MOV A,PORT1 ORL A,#0F0H CJNE

25、A,#0FFH,ZZZZ CLR TR0 CLR TR1 MOV A,0AH ;弹奏乐谱频率延迟值赋A CLR C RRC A CLR C RRC A CLR C RRC A ;弹奏乐谱频率延迟值/8 CJNE A,#0FH,NODE SJMP DDDNODE: JC DDD MOV A,#0FH ;弹奏乐谱频率延迟值/8后;若15则=15DDD: ORL 09H,A ; MOV 0AH,#0WWW: MOV A,09H MOV 0CH,A LCALL WBAY LCALL DELAY5 INC 0BH LJMP LOOP;-频率延时-DELAY: MOV R7,#125DLY2: MOV R

26、4,#02DLY3: MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R4,DLY3 DJNZ R7,DLY2 DJNZ R5,DELAY RET;-延时-DELAY1: MOV R7,#30 MOV R6,#0S1: DJNZ R6,$ DJNZ R7,S1 RETDELAY5: MOV R7,#10 MOV R6,#0S5: DJNZ R6,$ DJNZ R7,S5 RET;-扫描按键子程序-SAO: MOV R0,#4 MOV R3,#11101111B MOV R2,#11111111BNLINE1: MOV A,R3 MOV PORT1,A MOV A,PORT1 ORL A,

27、#0F0H CJNE A,#0FFH,KEYIN1 MOV A,R3 RL A MOV R3,A DJNZ R0,NLINE1 RETKEYIN1: LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 LCALL NOPEN RET;-按键延时-NOPEN: MOV A,PORT1 MOV R2,A ORL A,#0F0H CJNE A,#0FFH,NOPEN1 SJMP NOPENNOPEN1: LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 RET;-键盘码转换为按键值-TRANF: MOV B,#0 MOV A,R2 C1: RRC A JNC C2 ;C=

28、0跳C2 INC B INC B INC B INC B ;B=B+4 LJMP C1C2: MOV A,R2 RR A RR A RR A RR AC3: RRC A JNC C4 INC B LJMP C3C4: MOV A,B ;B为按键值 RET;-按键值散转表-TAB:DB 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFHSING0: MOV 30H,#00H ;30H为TABLE111地址计数器NEXT: MOV A,0DHMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P1,A

29、SETB KEY1CLR KEY1MOV A,0DH CJNE A,#1,NN1 MOV DPTR,#TABLE1 LJMP WWNN1: CJNE A,#2,NN2 MOV DPTR,#TABLE2 LJMP WWNN2: CJNE A,#3,NN3 MOV DPTR,#TABLE3 LJMP WWNN3: CJNE A,#4,NN4 MOV DPTR,#TABLE4 LJMP WWNN4: CJNE A,#5,NN5 MOV DPTR,#TABLE5 LJMP WWNN5: CJNE A,#6,NN6 MOV DPTR,#TABLE6 LJMP WWNN6: CJNE A,#7,NN7 M

30、OV DPTR,#TABLE7 LJMP WWNN7: CJNE A,#8,NN8 MOV DPTR,#TABLE8 LJMP WWNN8: CJNE A,#9,NN9 MOV DPTR,#TABLE9 LJMP WWNN9: CJNE A,#10,NN10 MOV DPTR,#TABLE10 LJMP WWNN10: CJNE A,#11,NN11 MOV DPTR,#TABLE11 LJMP WWNN11: CJNE A,#12,NN12 MOV 0EH,#0A1H MOV 0BH,#0 LJMP NNNN12: CJNE A,#13,NN13 ;MOV 0EH,#0A3H ;MOV 0B

31、H,#0H LJMP MAINNN13: CJNE A,#14,NN14 ;MOV 0EH,#0A5H ;MOV 0BH,#0H LJMP MAINNN14: CJNE A,#15,NN ;MOV 0EH,#0A7H ;MOV 0BH,#00H LJMP MAIN;-NN: LCALL RBAY ;读内存 NNT: MOV A,R6 ;R6为从内存中读到的数据 LJMP IIC;-奏乐-WW: MOV A,30H JZ WW0 MOVC A,A+DPTR SJMP IICWW0: MOVC A,A+DPTR MOV 30H,#1 MOV 31H,A SJMP WWIIC: MOV P1,ANO

32、PMOV R2,A JZ ENDF ;A=00 结束标志跳ENDF程序重新开始 ANL A,#0FH ;低4位为延时值 MOV R5,A ;R5延时值;频率延时(DELAY)程序用 MOV A,R2 SWAP A ANL A,#0FH ;高4位为音调序号若 JNZ SING ;为0则 CLR TR1 ;为休止符 SJMP DLY1SING: DEC A ;频率表从0位置开始,音调序号表从1位置开始,0位置数据是解密数据 PUSH ACC MOV A,0DH CJNE A,#11,BD ;若11(B)键,即为CF键转BD0;若=11(B)键转DE,音调序号+31H POP ACC SJMP DE

33、BD: POP ACC JNC BD0DE: ADD A,31HBD0: MOV 22H,A RL A MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV TH1,A MOV 21H,A MOV A,22H RL A INC A MOVC A,A+DPTR MOV TL1,A MOV 20H,A SETB TR1DLY1: INC R5 ACALL DELAY INC 30H INC 0BH MOV A,0DH ;取按键值;判断是读内存键还是读乐谱序号键 CJNE A,#0BH,NNBD ;若按键值11取下1个乐谱;若按键值为1215(CF)转NNBD读内存 NEXT1: LJ

34、MP NEXTNNBD: JC NEXT1 LJMP NN ;读内存 ;-程序重新开始-ENDF: CLR TR1 LJMP MAIN;-T0中断服务弹奏频率延迟时间-TIME0: INC 0AH ;弹奏乐谱频率延迟值 MOV TH0,#0C2H MOV TL0,#0F6H ;定时初值 =49910 计数次数为 216(65536)-49910=15626=16ms RETI;-T1中断服务发声-TIME1: PUSH ACC PUSH PSW MOV TL1,20H MOV TH1,21H CPL P0.7 POP PSW POP ACC RETI;-读数据-RBAY: LCALL STAR

35、T MOV A,#0A0H LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0BH LCALL WRBYT LCALL TACK LCALL START MOV A,0EH LCALL WRBYT LCALL TACK LCALL RDBYT LCALL NOTACK LCALL STOP RET;-写数据-WBAY: LCALL START MOV A,#0A0H LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0BH LCALL WRBYT LCALL TACK MOV A,0CH LCALL WRBYT LCALL TACK LCALL STOP RET;-启动24C

36、16读写时序-START: SETB SDA NOP NOP NOP NOP SETB SCK NOP NOP NOP NOP CLR SDA NOP NOP NOP NOP CLR SCK NOP NOP NOP NOP RET;-停止信号-STOP: CLR SDA NOP NOP NOP NOP SETB SCK NOP NOP NOP NOP SETB SDA NOP NOP NOP NOP RET;-应答信号-TACK: SETB SDA NOP NOP NOP NOP SETB SCK NOP NOP NOP NOP CLR SCK NOP NOP NOP NOP RET;-CHACK: SETB SDA NOP NOP NOP NOP SETB SCK NOP NOP NOP NOP MOV C,SDA CLR SCK NOP NOP NOP NOP RET;-NOTACK: ;NOP SETB SDA NOP NOP NOP NOP SETB SCK NOP NOP NOP NOP CLR SCK NOP NOP NOP NOP RET ;-读IIC-24C16-RDBYT: MOV R7,#8 SETB SDA NO