基于单片机实现的简易电子琴毕业论文.doc
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1、 目 录摘要41.概述51.1任务目标51.2 基本工作原理及组成简介51.3 基本步骤52 设计方案简述62.1 设计设备的选择62.2 设计原理63 详细设计73.1 单片机的最小单位73.2 单片机记时器的基本原理73.3 8550的工作原理83.4 74LS154工作原理83.5按键电路93.6 总的硬件电路93.7声音的控制93.7.1 延时程序控制93.7.2 定时器中断服务控制93.7.3 矩阵键盘的行扫描控制93.8软件的实现103.8.1主程序的实现103.8.2定时器1 中断服务程序的实现103.8.3键盘扫描的实现方法104 设计结果及分析124.1设计结果124.1.1
2、调试过程124.1.2调试结果124.2分析125 总结13参考文献13附录A设计的总电路图14附录B 电子琴的程序实现14摘要随着科技的快速发展,单片机的应用日益普遍。目前,MCS-52系列的8052单片机也在工业检测领域中得到了广泛的应用,本单片机系统设计应用单片机控制技术,以52单片机为核心根据上学期所学的单片机知识结合设计了一套单片机控制的电子琴系统。该系统大部分软硬件可以被软件程序柔化取代,电路简洁、操作方便、性能良好乐音实际上是有固定周期的信号。首先扩展一组小键盘(本设计以44 键盘为例,可按需要扩展),本按键为触发式常开按键。按键的输入信号通过STC89C52的P1口输入送给ST
3、C89C52一个定时器(如T1)控制,在P2.7脚上输出方波周期信号,再通过一片8550做音频小功放放大输出的信号最后送到扬声器(本设计用蜂鸣器)发出音乐。关键词:STC 89C52;8550;矩阵键盘行扫描;电子琴AbstractAlong with the rapid development of microcomputer applications become increasingly common. Currently, MCS-52 MCU 8052 series is also the area of industrial test has been widely used de
4、sign applications of the SCM system control technology, with 52 microcontroller core based on the semester, learned knowledge and the design a single chip MCU The keyboard system. Most of the system software and hardware can be replaced by software soften the circuit simple, convenient operation, go
5、od performance Musical is actually a fixed period of the signal. First, a small keyboard extension (the design of the 4 4 keyboard, for example, may need to be extended), this button is normally open trigger button. Key input signal through the P1 port input STC89C52 give STC89C52 a timer (such as T
6、1) control, the P2.7 pin output square wave periodic signal, then through a small amplifier 8550 so the audio signal amplified last sent to the speaker output (the design using a buzzer) the issue of music. Key words: STC 89C52; 8550; matrix keyboard scanning lines; keyboard1.概述1.1任务目标本课程设计的任务就是设计一个
7、电子琴使,电子琴发出1,2,3,4,5,6,7,等音。按键的输入信号通过STC89C52的P1口输入送给STC89C52一个定时器(如T1)控制,在P2.7脚上输出方波周期信号,再通过一片8550做音频小功放放大输出的信号最后送到扬声器(本设计用蜂鸣器)发出音乐。1.2 基本工作原理及组成简介声音的频谱范围约在几十hz到几千hz,利用程序来控制单片机某个口线不段的输出“高”、“低”电平,则在该口线上就能产生一定的频率的方波,将该方波接上喇叭,就能发出一定的声音,若在利用程序来控制“高”、“低”电平的持续时间,就能改变输出波形的频率,从而改变音调。乐曲中,每一个音符对应着确定的频率,表1给出了C
8、调时各音符频率。如果单片机某个口线输出“高”、“低”电平的频率和某个音符的频率一样,那么将口线接上喇叭就可以发出次音符。表1 C调时各音符频率音名1234567频率(hz)523.3587.3659.3698.3784880967.81.3 基本步骤(1)分析题意,确定设计方案(2)选择单片机型号(3)设计单元电路,选择电气元件,计算参数,并进行实验验证(4)编写程序(5)软、硬件调试件调试2 设计方案简述2.1 设计设备的选择单片机因其体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。本文介绍用STC89C52 单片机设计微型电子琴的方法,仅需STC89C52最小系统。扩展一组小键盘(本设计以44 键
9、盘为例,可按需要扩展),本按键为触发式常开按键。再加一片8550做音频小功放,输出到扬声器(本设计用蜂鸣器)。2.2 设计原理乐音实际上是有固定周期的信号。我们可以用STC89C52的一个定时器(如T1)控制,在P2.7脚上输出方波周期信号,产生乐音。根据不同的按键,调节T1的溢出时间,可输出不同频率的乐音,这样就做出了一台微型电子琴。每个乐音的音高(频率) 是固定的,表2列出了一个8度以及其上下共16个音的音名、频率及定时器T1初值对照(设晶体频率为6MHz)。表2音名、频率及定时器T 1 初值对照序号音名频率TH1TL11低74939FEH06H2中15233FEH22H3中#15544F
10、EH3DH4中25873FEH56H5中#26223FEH6EH6中36593FEH85H7中46983FEH9AH8中#47400FEHAEH9中57840FEHC1H10中#58306FEHD3H11中68800FEHE4H12中#69323FEHF4H13中79878FEH03H14高110465FEH11H15高#111087FEH1FH16高211747FEH2BH 3 详细设计3.1 单片机的最小单位在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。晶振频率的采用12MH,电容=30p振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us
11、当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。时钟电路如图a。本设计采用上电或开关复位要求电源接通后,单片机自动复位,并且在单片机运行期间,用开关操作也能使单片机复位。上电后,由于电容C2的充电和反相门的作用,使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键K后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。根据实际操作的经验,下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值C:22uF,Rl.5kO。复位电路如图b。 图a 单片机的时钟电路 图b 单
12、片机的复位电路3.2 单片机记时器的基本原理定时器其作用主要包括产生各种时标间隔、记录外部事件的数量等,是微机中最常用、最基本的部件之一。803l单片机有2个16位的定时器:定时器0(T0)和定时器1(T1)。其原理图如图1所示。 图1 定时器原理图T0由2个定时寄存器TH0和TL0构成,T1则由TH1和TL1构成,它们都分别映射在特殊功能寄存器中,从而可以通过对特殊功能寄存器中这些寄存器的读写来实现对这两个定时器的操作。作定时器时,每一个机器周期定时寄存器自动加l,所以定时器也可看作是计量机器周期的计数器。由于每个机器周期为12个时钟振荡周期,所以定时的分辨率是时钟振荡频率的112。3.3
13、8550的工作原理8550- PNP外延型晶体管(三极管) ,是一种最常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的NPN型硅三极管。主要用途:开关应用,射频放大,低噪声放大管,通用功率放大管。3.4 74LS154工作原理当选通端(G1、G2)均为低电平时,可将地址端(ABCD)的二进制 编码在一个对应的输出端,以低电平译出。 若将 G1 和 G2 中的一个作为数据输入端,由 ABCD 对输出寻址。引出端符号: A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效) G1、G2 选通端(低电平有效) 015 输出端(低电平有效) 说明:H高电平 L低电平 X任意 *其他输出端为高电平3.5按键电路
14、电子琴的按键在本设计中按44排列,做出其电路图如图10所示。 图中s1s16为按键,18分别接在52单片机的P1.0P1.7上。为了方便操作,对按键的排列方式进行适当的改进成:低音5个键一排,中音7个键一排和高音4个键一排。图10 电子琴按键的电路图3.6 总的硬件电路通过以上设备,设计出了一套微型电子琴硬件电路其总体设计图如附图1所示,其中键盘可使用小按键, 排成钢琴键盘状(键多时可分为几排) , 图中还通过74LS154接按键指示灯(D1D16)。控制器采用单片机STC89C52,功放采用8550,发声用蜂鸣器,晶体频率为12MHz3.7声音的控制在该设计中声音是通过方波产生频率,再通过音
15、频放大器,最后由蜂鸣器发出来,为了使声音不同即有音乐感我就要控制单片机使之产生不同的频率,并两个频率交接了有一定的反映时间。这就要用到延时程序控制和定时器中断的方式控制通过这两中控制可以得到我们想要的音符。3.7.1 延时程序控制在主程序中采用延时是为了,在没产生完一个音符后再产生另一音符间有一定的时间间隔,有了这时间间隔人才能分辨出不同的音符了。这样才使得音乐具有节奏感。在其他的程序中用延时也是为了产生一点的时间间隔,从而使之达到想要的效果。3.7.2 定时器中断服务控制本设计通过定时器中断产生是单片机在一定的时间产生方波,整个设计的关键也正是通过该定时器中断服务产生输出不同频率的方波从而来
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