1 課程設計總體目標
1.1 功能目標（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。 （3）拓展題：播放音樂前亮燈10秒，并可以通過按下按鍵來中斷播放。 1.2 總體結構
圖1-1 總體結構 1.3 工作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，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用計時器計時此半周期時間，每當計時到后就將輸出方波的 I/0 反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O 反相，就可在 I/O 腳得到此頻率的方波。在 ZKS-03 實驗儀上，產生方波的 I/O 腳選用P1.7，通過跳線選擇器 JP1 將單片機的 P1.7 與蜂鳴器的驅動電路相連。這樣 P1.7 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： （式1-1） 即 （式1-2） 其中，f是音調頻率。當晶振f_osc=11.0592MHz時，音節“1”相應的定時器初值為x,則可得x=63777D=F921H其他的可同樣求得。 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。 表1-1 音調頻率對照表
2 硬件設計運用到相關硬件為：51單片機、數碼管、蜂鳴器等。 2.1數碼管LED數碼管實際上是由七個發光管組成8字形構成的，加上小數點就是8個，如圖2-1所示，這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示，DP表示小數點。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，這樣就可以看到不同的字樣。發光二極管的陰極連接到一起連接到低電平的稱為共陰極數碼管，如圖2-2所示，發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽極數碼管，如圖2-3所示。
圖2-1 數碼管 圖2-2 共陰極數碼管 圖2-4 共陽極數碼管 各段碼位的對應關系，如表2-1所示： 表2.1 碼位對應關系 LED顯示斷碼如表2-1所示： 表2-2 LED顯示段碼 2.2蜂鳴器
圖2-4 蜂鳴器電路圖 這里的三極管主要是做驅動用的。因為單片機的IO口驅動能力不夠讓蜂鳴器發出聲音，所以我們通過三極管放大驅動電流，從而可以讓蜂鳴器發出聲音，你要是輸出高電平，三極管導通，集電極電流通過蜂鳴器讓蜂鳴器發出聲音，當輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發出聲音。 2.3定時/計數器單片機內有兩個16位定時/計數器（增量式計數） 1.工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3） （1）方式0（13位定時/計數）
圖2-5 工作方式0 （2）方式1（16位定時/計數）
圖2-6 工作方式1 （3）方式2（8位自動重裝時間常數定時/計數）
圖2-7 工作方式2 （4）方式3（僅適用于定時/計數器0） TL0 用于8位定時/計數，TH0 只用于8位定時。
圖2-8 工作方式3 2.控制寄存器 （1）定時/計數器方式控制寄存器：TMOD ├──── T1 ────┼──── T0 ────┤ ├──┬──┬──┬──┼──┬──┬──┬─—┤ │GATE│C/T │ M1 │ M0 │GATE│C/T │ M1 │ M0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ GATE:門控位。1：打開，0：關閉 C/T:工作狀態選擇。1：計數狀態，0：定時狀態 M1,M0:工作方式選擇 00 方式0 01 方式1 10 方式2 11 方式3 （2）定時/計數器控制寄存器：TCON ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │TF1 │TR1 │TF0 │TR0 │IE1 │IT1 │IE0 │IT0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ TF1,TF0:定時/計數器中斷請求標志，1：有請求；0：無請求 TR1,TR0:定時/計數器運行控制位，1：打開；0：關斷 IE1,IE0:外部中斷INT1,INT0 中斷請求標志，1：有請求；0：無請求 IT1,IT0:外部中斷INT1,INT0 觸發方式，1：下降沿觸發；0：低電平觸發
3.中斷系統 五個中斷源： INT0：外部中斷0 INT1：外部中斷1 T0：定時/計數器0中斷 T1：定時/計數器1中斷 TI/RI：串行I/O中斷 中斷允許寄存器：IE（1：允許；0：不允許） ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │EA │× │× │ES │ET1 │EX1 │ET0 │EX0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ EA: 全局中斷允許位 ES: 串行口中斷允許位 ET1:T1 中斷允許位 EX1:INT1 中斷允許位 ET0:T0 中斷允許位 EX0:INT0 中斷允許位
3 軟件設計3.1流程圖根據要實現的功能，流程圖如下： 功能選擇
音樂
開始
系統初始化
判斷按鍵
判斷按鍵
電子琴
液晶顯示
播放音調
播放音樂
3.2軟件組成鍵盤掃描、中斷計時、數碼顯示、音樂播放、主程序 ①鍵盤掃描 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實現播放程序里面的音樂的功能。 ④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。 3.3詳細思路1.題目一：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。 方案：我們計劃設計以C語言為主體的程序代碼，用按鍵控制音符的輸出，4個按鍵單個按下時會輸出4個音符，另外4個按鍵進行兩兩組合表示另外4個音符，效果就像電子琴的按鍵一樣。由于平時不能發聲，只有按鍵后才發聲，我們用定時器的啟動TR0作為聲音輸出開關。在發現按鍵后，送入對應頻率值，打開定時器，就發出了聲音，延時一陣再關閉定時器，聲音就停止了。整體C代碼應該分為以下模塊： （1）變量的定義。在這個模塊里，我們要定義喇叭的輸出腳，四個按鍵等。 （2）頻率對照模塊。在這個模塊中，按照頻率對照表定義一個矩陣，按照工作原理，每個頻率值用兩個八位二進制數來表示。這兩個八位二進制數分為低八位和高八位，并可合并看做四位十六進制數。四位十六進制數可以表示0~65535范圍內的數。對于12MHz的晶振，每一個電平保持時間為【65535-（四位十六進制數表示的十進制數）】微秒，用t來表示。因此該音調的一個周期為T=2*t，音調的頻率f=1/T。在本項目中，由于要使用1234567i八個音調，因此建立的矩陣大小應為2*8，矩陣內的每個元素為一個八位二進制數，分別表示八個不同的頻率。 （3）定時中斷模塊。產生定時中斷以及音樂輸出。4.主函數模塊。在這個模塊中，我們將使用while循環以及if判斷等函數，對每個按鍵是否按下進行判定以及數碼管的顯示。 2.題目二：編寫2支歌曲，并可進行選擇播放。 方案：我們計劃用三個按鍵來控制播放音樂。K1、K2每個鍵播放一首音樂，K4鍵停止音樂的播放。 程序分為以下幾個模塊。 （1）變量定義模塊。在這個模塊中，我們定義一些必要的引腳以及按鍵。 （2）頻率對照模塊。不同于任務一的頻率對照模塊，在這里我們要定義盡可能全的音調的頻率。我們使用36*2的矩陣定義36個由低到高不同的頻率，用于之后播放音樂。 （3）定時中斷模塊。調入預定時值，產生對應頻率的音調。 （4）音樂符號串解釋模塊。使用此模塊的原因在于，在之后的模塊中我們會用123等數字、“’”、“.”、“_”、“|”等單引號、英文句號、下劃線、分隔線等，來對一首歌進行編寫。在這個模塊中，我們使用switch函數，將以上不同符號分成多個case分別進行處理。 （5）奏樂模塊。該模塊是自定義的函數，入口是要演奏的音樂符號串，對音樂符號進行逐一解釋，按照音長進行延時或中斷，進而完成一首完整的曲子。在這個模塊中，同時也要使用一個if函數進行判定，當在演奏過程中，使用者按下了K4按鍵，則退出音樂的演奏。 （6）音樂符號編寫模塊。在這個模塊中，由兩個自定義函數構成。每個自定義函數表示一首曲子。函數內容為該曲子對應的數字曲譜。 （7）主函數模塊。在這個模塊中進行對以上所有模塊的統籌調用。
| 
