一、背景單片機自70年代問世以來得到蓬勃發展,目前單片機功能正日漸完善:單片機集成越來越多資源,內部存儲資源日益豐富,用戶不需要擴充資源就可以完成項目開發,不僅是開發簡單,產品小巧美觀,同時抗干擾能力加強,系統也更加穩定,使得它更加適合工業控制領域,具有更加廣闊的市場前景;提供在線編程能力,加速了產品的開發進程,為企業產品上市贏得寶貴時間。此外單片機具有性能高、速度快、體積小、價格低、穩定可靠、應用廣泛、通用性強等突出優點。單片機的設計目標主要是增強“控制”能力,滿足實時控制(就是快速反應) 的需要。無論是從事科學研究工作,還是開辦電子器件的工廠還是經營電子廠品的貿易,不僅要熟練地使用通用微機進行各種數據處理,還要把計算機技術運用到本專業領域或相關領域,既具有開發創新能力。這就要求我們要熟練地掌握單片機。單片機是一種集成在電路芯片,是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者實現規定的任務。二、指標要求利用JD51開發板上的按鍵S1~S4和蜂鳴器設計電子音調發生器,指標要求為:(1)利用JD51開發板上的按鍵S1~S4進行音調選擇,即按下不同的開關產生不同的音調,依次按動S1~S4 及組合按鍵,蜂鳴器發出1234567i八個音調;并在數碼管上顯示。(2)編寫2支歌曲,并可進行選擇播放。三、設計目的(1)了解計算機發聲原理。(2)熟悉鍵盤掃描電路的工作原理及編程方法。(3)掌握利用定時器結合中斷的方法來設計信號的方波輸出。(4)學會運用計數器定時器計算初值的方法計算音調對應初值。四、設計原理音節由不同頻率的方波產生,音節與頻率的關系通過查表可得。要產生音頻方波,需要算出某一音頻的周期(1/頻率),然后利用定時器對半個周期進行計時并通過某個I/0腳輸出,再利用中斷程序反相輸出信號,不斷重復這個過程就可在I/O腳得到此頻率的方波,在JD51單片機上,產生方波的I/O腳選用P2.4,通過跳線選擇器將單片機的P2.4與蜂鳴器的驅動電路相連。這樣P2.4輸出不同頻率的方波,蜂鳴器便會發出不同的聲音。另外,音樂的節拍是由延時實現的,如果1拍為0.4秒,1/4拍是0.1秒。只要設定延時時間,就可求得節拍的時間。延時作為基本延時時間,節拍值只能是它的整數倍。每個音節相應的定時器初值X可按下法計算: (1/2)*(1/f)=(12/fose)*(216-x)即 x=216-(fose/24f)其中f:音調頻率,當晶振fose=11.0592MHz時,音節“1”相應的定時器初值為x,則可得x=63777D=F921H其它的可同樣求得。 表1 音調 頻率(Hz) X(HEX) 1 262 F921 2 294 F9E1 3 330 FA8C 4 349 FAD8 5 392 FB68 6 440 FBE9 7 494 FC5B i 523 FC8F 五、Proteus仿真設計按鍵一:數碼管顯示1,同時能聽到蜂鳴器響音調1按鍵二:數碼管顯示2,同時能聽到蜂鳴器響音調2按鍵三:數碼管顯示3,同時能聽到蜂鳴器響音調3按鍵四:數碼管顯示4,同時能聽到蜂鳴器響音調4 六、設計方案及思路1總體框圖
2蜂鳴電路模塊鳴器驅動電路和89C51組成。 選擇一只壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器工作時約需要100MA驅動電流。當89C51輸出為低電平時蜂鳴器產生蜂鳴音,89C51 輸出為高電平時,蜂鳴器不發聲。七、軟件設計流程及描述根據要實現的功能,流程圖如下:熟悉定時器和鍵盤掃描電路的工作原理及編程方法。
1.軟件設計思路電子琴主要的工作是將按鍵的信息讀取,然后根據按鍵的數字,用計數器輸出相對應的頻率,實現電子琴的音調。程序主要為5部分,鍵盤掃描、中斷計時、數碼顯示、音樂播放、主程序,他們分別執行不同的功能。2.各部分功能介紹(1)鍵盤鍵值讀取程序鍵盤鍵值讀取程序包括鍵盤掃描、消除抖動、鍵譯碼等內容。按鍵的識別主要有兩種方法:行反轉法和行掃描法。因為鍵盤為機械開關,容易引入抖動。為了消除抖動干擾,在程序中要加入消除抖動的部分。(2)中斷計時中斷部分,中斷定時器1主要負責輸出不同頻率的方波,產生聲音,中斷定時器1主要是計時按鍵時間及按鍵間隔時間的功能,在播放音樂的時候,還擔任著播放音樂的節拍的任務。(3)音樂播放音樂播放部分主要是播放音樂,實現按鍵重播和播放程序里面的音樂的功能。(4)數碼顯示按下不同的按鍵,則數碼管顯示對應的音調數字(5)主程序主程序主要是隨時發出按鍵的聲音功能,并且通過不同P口的掃描,判斷是否是播放按鍵聲音還是播放音樂,還是繼續發出按鍵聲音。八、實驗源程序1.匯編程序:
- /*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 0000H
- LJMP KEYP0
- KEYP0: MOV R0,#00H
- CLR TR0
- SETB P2.4 ;關蜂鳴器
- SETB P2.3 ;關數碼管
- WU: MOV R0,P3 ;掃描鍵盤輸入
- CJNE R0,#0FFH,KEYPO1 ;有輸入時跳轉
- JMP WU
- KEYPO1:CJNE R0,#0FBH,KEYPO2 ;輸入1音,非1音跳轉
- SETB P2.4 ;蜂鳴器置于高電平
- MOV R3,#200
- MAIN01:MOV TMOD,#01H ;初始化,工作方式1
- MOV TL0,#21H ;寫入計數初值
- MOV TH0,#0F9H
- SETB TR0 ;啟動計數
-
- WAIT1:JNB TF0,WAIT1
- CLR TF0
- CPL P2.4 ;蜂鳴器響
- CLR P2.3 ;數碼管顯示1
- MOV A,#11111001B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN01
- LJMP KEYP0 ;返回程序KEYP0
-
- KEYPO2:CJNE R0,#0F7H,KEYPO3 ; 輸入2音,非2音跳轉
- SETB P2.4 ;蜂鳴器置于高電平
- MOV R3,#200
- MAIN02:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#0E1H ;寫入計數初值
- MOV TH0,#0F9H
- SETB TR0
- WAIT2:JNB TF0,WAIT2
- CLR TF0
- CPL P2.4 ;蜂鳴器響
- CLR P2.3 ;數碼管顯示2
- MOV A,#10100100B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN02
- LJMP KEYP0
- KEYPO3:CJNE R0,#0EFH,KEYPO4 ; 輸入3音,非3音跳轉
- SETB P2.4 ;蜂鳴器置于高電平
- MOV R3,#200
- MAIN03:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#08CH
- MOV TH0,#0FAH
- SETB TR0
- WAIT3:JNB TF0,WAIT3
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#10110000B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN03
- LJMP KEYP0
- KEYPO4:
- CJNE R0,#0DFH,KEYPO5 ; 輸入4音,非4音跳轉
- SETB P2.4
- MOV R3,#200
- MAIN04:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#0D8H
- MOV TH0,#0FAH
- SETB TR0
- WAIT4:JNB TF0,WAIT4
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#10011001B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN04
- LJMP KEYP0
- KEYPO5: CJNE R0,#0F3H,KEYPO6 ; 輸入5音,非5音跳轉
- SETB P2.4
- MOV R3,#200
- MAIN05:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#068H
- MOV TH0,#0FBH
- SETB TR0
- WAIT5:JNB TF0,WAIT5
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#10010010B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN05
- LJMP KEYP0
- KEYPO6:CJNE R0,#0E7H,KEYPO7 ; 輸入6音,非6音跳轉
- SETB P2.4
- MOV R3,#200
- MAIN06:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#0E9H
- MOV TH0,#0FBH
- SETB TR0
- WAIT6:JNB TF0,WAIT6
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#10000010B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN06
- LJMP KEYP0
- KEYPO7:CJNE R0,#0CFH,KEYPO8 ; 輸入7音,非7音跳轉
- SETB P2.4
- MOV R3,#200
- MAIN07:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#05BH
- MOV TH0,#0FCH
- SETB TR0
- WAIT7:JNB TF0,WAIT7
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#11111000B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN07
- LJMP KEYP0
- KEYPO8:CJNE R0,#0DBH,KEYPO9 ; 輸入i音,非i音跳轉
- SETB P2.4
- MOV R3,#200
- MAIN08:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,#08FH
- MOV TH0,#0FCH
- SETB TR0
- WAIT8:JNB TF0,WAIT8
- CLR TF0
- CPL P2.4
- CLR P2.3
- MOV A,#10000000B
- MOV P0,A
- DJNZ R3,MAIN08
- LJMP KEYP0
- KEYPO9:CJNE R0,#0EBH,KEYPO10 ;跳轉到第一首歌程序
- LJMP MUSTART1
- KEYPO10:CJNE R0,#0D7H,JIELI ;跳轉到第二首歌程序
- LJMP MUSTART2
- JIELI:JMP KEYP0 ;返回主程序
- MUSTART1: ;歌曲1的播放程序
- MOV R0,#00H ;節拍表指針置零
- MOV R1,#00H ;音符表指針置零
- RTAB:MOV A,R0
- MOV DPTR,#RYTH
- MOVC A,@A+DPTR ;查表法將一個節拍數據取出放R2計數器中
- MOV R2,A
- TTAB:MOV A,R1
- MOV DPTR,#TONE
- MOVC A,@A+DPTR
- MOV R3,A ;取出音符表高8位
- INC R1 ;指針加1
- MOV A,R1
- MOV DPTR,#TONE
- MOVC A,@A+DPTR
- MOV R4,A ;取出低8位
- SETB P2.4 ;輸出相應音調的方波
- LOOP:MOV R5,#3BH
- MAIN:MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,R4
- MOV TH0,R3
- SETB TR0
- WAIT:JNB TF0,WAIT
- CLR TF0
- CPL P2.4
- MAYA:JB P3.2,MAYB ;判斷P3.2口是否有為1
- JB P3.4,MAYB ;判斷P3.4口是否有為1
- LJMP RA ;P3.4口為0則跳轉到程序RA
- MAYB:JB P3.3,JIELI ;判斷P3.3口是否有為1
- JB P3.5,JIELI ;判斷P3.5口是否有為1
- LJMP MUSTART2 ;P3.5口為0則放第二首歌
- RA: DJNZ R5,MAIN ;無打斷則繼續放第一首歌
- DJNZ R2,LOOP
- INC R0 ;兩個表的指針都加1
- INC R1
- CJNE R1,#88,RTAB ;判斷是否取完
- LJMP KEYP0
- TONE:
- DB 0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
- DB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
- DB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
- DB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
- DB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
- RYTH:
- DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
- DB 04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
- DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
- DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
- DB 04,04,04,04
- MUSTART2:
- MOV R0,#00H
- MOV R1,#00H
- RTAB2:
- MOV A,R1
- MOV DPTR,#TABLE1
- MOVC A,@A+DPTR
- MOV R2,A
- TTAB2: 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 P2.4
- LOOP2: MOV R5,#9BH
- MAIN2:
- MOV TMOD,#01H
- MOV TL0,R4
- MOV TH0,R3
- SETB TR0
- WAITR:JNB TF0,WAITR
- CLR TF0
- CPL P2.4
- MAYA1:JB P3.3,MAYB1
- JB P3.5,MAYB1
- LJMP RB
- MAYB1:JB P3.2,BACK
- JB P3.4,BACK
- LJMP MUSTART1
- BACK:LJMP JIELI
- RB: DJNZ R5,MAIN2
- DJNZ R2,LOOP2
-
- INC R0
- INC R1
- CJNE R1,#64,RTAB2
- LJMP KEYP0
- TONE2:
- DB 0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
- DB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
- DB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
- DB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
- DB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
- TABLE1:
- DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
- DB 04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
- DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
- DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
- DB 04,04,04,04
-
- END
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