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目 錄 前 言... 1 第一章 設(shè)計(jì)要求及工作原理... 2 1.1 基本設(shè)計(jì)要求... 2 1.2 方案比較與確定... 2 1.3 系統(tǒng)組成與工作原理... 2 第二章 硬件電路設(shè)計(jì)... 6 2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)... 6 2.2 鍵盤模塊... 9 2.3 方波發(fā)生模塊... 12 2.4 功率放大發(fā)聲模塊... 13 第三章 軟件設(shè)計(jì)... 14 3.1 軟件結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)... 14 3.2 主程序設(shè)計(jì)... 14 3.3 子程序設(shè)計(jì)... 15 第四章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析... 17 4.1 軟件調(diào)試... 17 4.2系統(tǒng)聯(lián)調(diào)... 18 結(jié)論... 19 參考文獻(xiàn)... 20 附錄1：系統(tǒng)原理圖... 21 附錄2 源程序... 22 附錄3 電子琴成品圖... 26 附錄4元件清單... 27
前 言又稱作電子鍵盤，屬于電子樂器(區(qū)別于電聲樂器)，發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如合唱聲，風(fēng)雨聲，宇宙聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有效果器，如混響、回聲、延音，震音輪和調(diào)制輪等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。 電子琴是電聲樂隊(duì)的中堅(jiān)力量，常用于獨(dú)奏主旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨(dú)奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時(shí)，技法略顯單調(diào)。 電子琴是一種功能強(qiáng)大，易于制作，成本低廉的現(xiàn)代新型樂器。它可根據(jù)使用者的不同要求方便的進(jìn)行設(shè)計(jì)，成為現(xiàn)代社會(huì)一種頗具市場號召力的樂器。單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，在現(xiàn)代工業(yè)生活中隨處可見，本次課程設(shè)計(jì)主要就是利用STC89C52單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)簡易的一個(gè)電子琴，并以此對電子琴原理及硬件組成進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)，最終由此做出實(shí)物。由此更進(jìn)一步掌握微機(jī)原理及應(yīng)用課程的有關(guān)知識，提高應(yīng)用微機(jī)解決問題的能力，加深對微機(jī)應(yīng)用的理解。通過查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識進(jìn)行軟、硬件的設(shè)計(jì)，初步掌握應(yīng)用微機(jī)解決問題的步驟及方法。為以后結(jié)合專業(yè)從事微機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
第一章 設(shè)計(jì)要求及工作原理1.1 基本設(shè)計(jì)要求1． 基于單片機(jī)STC89C52為核心。 2． 利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡易電子琴。 3． 設(shè)計(jì)至少8個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵對應(yīng)一種音調(diào)，即1、2、3、4、5、6、7、8八個(gè)不同的音節(jié)。 4． 按下按鍵發(fā)聲，松開按鍵后聲音延遲一段時(shí)間后停止，可彈奏簡單的樂曲。 1.2 方案比較與確定 方案一：使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，通過編程實(shí)現(xiàn)發(fā)出不同頻率方波，產(chǎn)生音階。 方案二：使用8253作為外部定時(shí)器，通過編程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生所需頻率的方波。 通過對方案一和方案二的比較可以知道，方案一是通過使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，以編程實(shí)現(xiàn)方波輸出，優(yōu)點(diǎn)在于外部電路簡單，程序結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)在于消耗單片機(jī)資源過多，不利于優(yōu)化升級；方案二是利用8253來產(chǎn)生方波，相對來說這種方案外部電路較為復(fù)雜，程序結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，優(yōu)點(diǎn)在于占用單片機(jī)資源少，輸出穩(wěn)定，利于擴(kuò)展；故而選擇方案二較好
1.3 系統(tǒng)組成與工作原理聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲, 若能利用程序來控制單片機(jī)某個(gè)口線不斷輸出“高” “ 低”電平, 則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的方波, 將該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音, 若再利用程序控制“ 高” “ 低”電平的持續(xù)時(shí)間, 就能改變輸出波形的頻率從而改變音調(diào)。樂曲中, 每一音符對應(yīng)著確定的頻率, 下表給出各音符頻率。如果單片機(jī)某個(gè)口線輸出“高” “ 低”電平的頻率和某個(gè)音符的頻率一樣, 那么將此口線接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。本系統(tǒng)就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì), 對于單片機(jī)來說要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線輸出高電平然后延時(shí)一段時(shí)間再輸出低電平, 如此循環(huán)的輸出就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的方波, 通過改變延時(shí)的時(shí)間就可以改變輸出方波的頻率。單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)位的定時(shí)計(jì)數(shù)器T1和T0, 單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)際上是個(gè)計(jì)數(shù)裝置它既可以對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)也可以對外部輸入的脈沖計(jì)數(shù), 對內(nèi)部晶振計(jì)數(shù)時(shí)稱為定時(shí)器, 對外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)稱為計(jì)數(shù)器。當(dāng)對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加, 當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的尸比對外部輸入的時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)時(shí), 外部時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)鐘上升沿定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加, 當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的尸。因此, 如果知道單片機(jī)的機(jī)器周期或者外部輸入時(shí)鐘信號的周期單片機(jī)就可以根據(jù)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)的時(shí)間。用此方法定時(shí)十分準(zhǔn)確, 想得到多大的延時(shí)時(shí)間就可以給定時(shí)器賦一定的計(jì)數(shù)初值, 定時(shí)器從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開始不斷增當(dāng)增加到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢, 調(diào)整計(jì)數(shù)初值的大小就可以調(diào)整定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間, 從而達(dá)到準(zhǔn)確的延時(shí)。在本設(shè)計(jì)中我們使用的外部時(shí)鐘信號的晶振頻率為12MHz，而采用的計(jì)數(shù)方式為方式1，所以計(jì)數(shù)器的初始值可以由如下公式求得。 T=65536-1000000/2/f
f為對應(yīng)音調(diào)的頻率； 輸出頻率對照表： 0xA9,0xEF,//00220HZ,1 //0 0x93,0xF0,//00233HZ ,1# 0x73,0xF1,//00247HZ ,2 0x49,0xF2,//00262HZ ,2# 0x07,0xF3,//00277HZ ,3 0xC8,0xF3,//00294HZ ,4 0x73,0xF4,//00311HZ ,4# 0x1E,0xF5,//00330HZ ,5 0xB6,0xF5,//00349HZ ,5# 0x4C,0xF6,//00370HZ ,6 0xD7,0xF6,//00392HZ ,6# 0x5A,0xF7,//00415HZ ,7 0xD8,0xF7,//00440HZ 1 //12 0x4D,0xF8,//00466HZ 1# //13 0xBD,0xF8,//00494HZ 2 //14 0x24,0xF9,//00523HZ 2# //15 0x87,0xF9,//00554HZ 3 //16 0xE4,0xF9,//00587HZ 4 //17 0x3D,0xFA,//00622HZ 4# //18 0x90,0xFA,//00659HZ 5 //19 0xDE,0xFA,//00698HZ 5# //20 0x29,0xFB,//00740HZ 6 //21 0x6F,0xFB,//00784HZ 6# //22 0xB1,0xFB,//00831HZ 7 //23 0xEF,0xFB,//00880HZ `1 0x2A,0xFC,//00932HZ `1# 0x62,0xFC,//00988HZ `2 0x95,0xFC,//01046HZ `2# 0xC7,0xFC,//01109HZ `3 0xF6,0xFC,//01175HZ `4 0x22,0xFD,//01244HZ `4# 0x4B,0xFD,//01318HZ `5 0x73,0xFD,//01397HZ `5# 0x98,0xFD,//01480HZ `6 0xBB,0xFD,//01568HZ `6# 0xDC,0xFD,//01661HZ `7 //35
基于STC89S52單片機(jī)，以8253作為外部中斷，通過7279進(jìn)行鍵盤控制，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。單片機(jī)作為主控核心，通過對7279的鍵盤按鍵鍵值進(jìn)行定義，讓定時(shí)器8253產(chǎn)生8個(gè)特定頻率的方波，通過由LM386組成外部功放電路輸出至揚(yáng)聲器發(fā)出123456718個(gè)不音階。硬件部分主要功能模塊包含：鍵盤控制模塊、方波發(fā)生模塊、聲音輸出模塊。八個(gè)音節(jié)do、re、mi、fa、sol、la、si、do所對應(yīng)的頻率分別為523HZ、587HZ、659HZ、698HZ、784HZ、880HZ、988HZ、1047HZ。軟件部分主要功能模塊包含：主程序、8253方波發(fā)生子程序、7279初始化子程序、接收發(fā)送字節(jié)子程序、延時(shí)子程序等 當(dāng)按下特定的按鍵后，程序通過讀鍵值子程序得到所按下鍵的鍵值，再將所得的鍵值與鍵盤1、2、3、4、5、6、7、8八個(gè)鍵的鍵值相比較，從而確定所按下的鍵。當(dāng)確認(rèn)按鍵后再調(diào)用8253方波發(fā)生子程序，使8253產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波持續(xù)輸出。
系統(tǒng)原理框圖如圖1.1所示：
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圖1.1系統(tǒng)原理框圖
第二章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)
| STC89C52主要特性： 與MCS-51 兼容\8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器\壽命：1000寫/擦循環(huán)\數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年\全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz\三級程序存儲(chǔ)器鎖定\512內(nèi)部RAM\32可編程I/O線\兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器\5個(gè)中斷源\可編程串行通道\低功耗的閑置和掉電模式\片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明：
VCC：供電電壓。
GND：接地。
P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。
P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。
P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。
P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管腳 備選功能
P3.0 RXD（串行輸入口）
P3.1 TXD（串行輸出口）
P3.2 /INT0（外部中斷0）
P3.3 /INT1（外部中斷1）
P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）
P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）
P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）
P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）
P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。
RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。
ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。
/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。
/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
振蕩器特性:
XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
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圖2-1 STC89C52結(jié)構(gòu)圖
單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。 此系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容值約為30μF。 file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.gif 圖2.2 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。 其原理圖如圖3.1所示
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg 圖2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖
2.2 鍵盤模塊HD7279是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。 HD7279內(nèi)不含有譯碼器，可直接接收BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外i，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 HD7279具有片選信號，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。 1 主要特性： （1） 串行接口，無需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED。 （2） 各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性。 （3） （循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令 （4） 具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立LED （5） 64鍵鍵盤控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路 （6） 有DIP和SOIC兩種封裝形式供選擇 2 引腳說明：
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif 圖2-4 7279引腳說明
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg 圖2-5 7279管腳圖
鍵盤模塊主要由鍵盤串行接口芯片7279擴(kuò)展組成。鍵盤采用4*4矩陣式，按鍵檢查使用行列掃描方式，行設(shè)置低電平，同時(shí)讀入列狀態(tài)，如果列狀態(tài)不是全為1，則此列與行為0相交的鍵就是所按下的鍵。在應(yīng)用過程中，只需要將7279的CS、CLK、DATA和KEY四個(gè)端口分別連接至單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3即可。當(dāng)全部硬件電路連接好后，按下鍵盤的按鍵，單片機(jī)將獲得該按鍵的鍵值，通過軟件編程即可確定所需要的方波頻率值，使8253產(chǎn)生該頻率的方波，經(jīng)由功放電路輸出至喇叭發(fā)聲。其原理圖如圖2-6所示：
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圖2.6 7279鍵盤模塊原理圖 2.3 方波發(fā)生模塊方波發(fā)生模塊主要由STC89C52、74LS373、74LS138和8253組成。其中，74LS138的A、B、C口分別連接至AT89C51的P2.5、P2.6和P2.7，E1、E2、E3分別連接至P2.2、P2.3和P2.4口，由譯碼器74LS138的Y5口輸出。由硬件連接可確定端口地址為：0A000H、0A001H、0A002H和0A003H。鎖存器74LS373的D0和D1口分別連接至P0.0和P0.1，Q0和Q1口分別連接至8253的A0和A1口，用于地址鎖存。8253的D0到D7口分別連接至STC89C52的P0.0至P0.7口，GATE0口持續(xù)接高電平，CLK2處的時(shí)鐘信號經(jīng)由分頻電路連接至單片機(jī)的讀和寫，使8253有穩(wěn)定的2MHZ的時(shí)鐘信號輸入，最后在OUT2口便可產(chǎn)生持續(xù)的方波輸出，頻率則由軟件編程決定。其原理圖如圖2.6所示： file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image015.jpg 圖2.7 方波發(fā)生模塊原理圖 2.4 功率放大發(fā)聲模塊 功放模塊主要由揚(yáng)聲器和LM386構(gòu)成，OUT2信號輸出至LM386信號輸入端，經(jīng)由放大電路放大后輸出至揚(yáng)聲器發(fā)聲。其原理圖如圖2.7所示：
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image017.jpg
圖2.8 喇叭發(fā)聲模塊原理圖
第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)軟件部分主要包含：主程序、8253方波發(fā)生子程序、7279初始化子程序、接收發(fā)送字節(jié)子程序、延時(shí)子程序等。 主程序：判斷所讀取的鍵值，并根據(jù)鍵值賦值do、re、mi、fa、sol、la、si、do八個(gè)音節(jié)的頻率。運(yùn)用switch語句，讓所選用的8個(gè)鍵值分別與8個(gè)音階的頻率所對應(yīng)。8253方波發(fā)生子程序：設(shè)定好8253的控制字，且為方式3工作方式（方波發(fā)生器）。將8個(gè)音節(jié)的8個(gè)不同頻率轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)后賦值給8253的輸出端口地址后相減，即可。 7279初始化子程序：使片選信號的上升沿時(shí)刻復(fù)位，使芯片處于上電復(fù)位狀態(tài)。 接收發(fā)送字節(jié)子程序：通過移位將所需要傳送的字節(jié)存于A中，以便于其它程序進(jìn)行調(diào)用 延時(shí)子程序：通過for循環(huán)得到延時(shí)子程序。 3.2 主程序設(shè)計(jì)主程序先對7279進(jìn)行初始化，調(diào)用鍵值讀取子程序，對讀取的鍵值進(jìn)行判斷是否為預(yù)設(shè)的鍵值，若不是則返回，若是怎進(jìn)入switch語句進(jìn)行賦值。其主程序流程框圖如圖3.1所示：
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif 圖3.1 主程序流程框圖 3.3 子程序設(shè)計(jì)方波發(fā)生子程序：對8253進(jìn)行初始化，控制字賦值，確定工作在方式3，初值送至入口地址。其子程序流程框圖如圖3.2所示： 判斷是否有鍵按下，若有，則發(fā)送讀鍵盤數(shù)據(jù)指令，并保存鍵值。其子程序流程框圖如圖3.3所示：
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.gif 圖3.2 方波發(fā)生子程序流程框圖 圖3.3 讀鍵值子程序流程框圖
7279初始化子程序：發(fā)送復(fù)位指令，子程序返回。其子程序流程框圖如圖3.4所示： 發(fā)送一字節(jié)子程序：將所需發(fā)送的字節(jié)帶進(jìn)位左移一位，循環(huán)八次后將所需發(fā)送的字符保存于A中，子程序返回。其子程序流程框圖如圖3.5所示：
file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif 圖3.4 7279初始化子程序流程框圖 圖3.5 發(fā)送一字節(jié)子程序流程框圖 第四章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析4.1 軟件調(diào)試本次課程設(shè)計(jì)—簡易電子琴的軟件設(shè)計(jì)我并沒有運(yùn)用匯編語言，而是運(yùn)用了并沒有在課程中學(xué)習(xí)的C語言，故在設(shè)計(jì)的時(shí)候遇到較大的困難。主要是對于初始化方面不熟悉，后通過上網(wǎng)學(xué)習(xí)及日立電子鐘的設(shè)計(jì)對單片機(jī)的C程序設(shè)計(jì)運(yùn)用較為熟練。 首先對于一些需要使用的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義，如#define uint unsigned int；后用XBYTE命令對8253進(jìn)行初始化，用sbit指令對7279進(jìn)行初始化。 然后編寫各子程序，最后編寫主程序。 開始時(shí)用的是if(!key=**)語句來進(jìn)行鍵值的判斷，后進(jìn)行單獨(dú)賦值的辦法，但是后來發(fā)現(xiàn)這樣的語句對于只有幾個(gè)音階的簡易電子琴來說還具有可行性，但是對于音階較多的就顯得太為繁雜了，故后建立數(shù)組，編寫了頻率對照表，運(yùn)用switch語句進(jìn)行鍵值判斷并查表賦值。這樣的設(shè)計(jì)使得此程序的可擴(kuò)展性較強(qiáng)。 運(yùn)用TR0來控制發(fā)聲。 當(dāng)硬件連接好后，我們把程序燒錄進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行初步調(diào)試，發(fā)現(xiàn)沒有任何反應(yīng)，排查后排除了硬件問題，然后進(jìn)行了軟件排查。 1·單獨(dú)編寫了方波發(fā)生程序，發(fā)現(xiàn)能發(fā)出方波，但是幅度及頻率均與理論值相差巨大。 2·由于硬件排查時(shí)認(rèn)為單片機(jī)及功放兩部分工作正常，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論的正確性，我們先在硬件電路上繞過8253，單片機(jī)輸出直接連接功放模塊，然后改寫程序，使用單片機(jī)內(nèi)部中斷，發(fā)現(xiàn)一切工作正常，且可在7279鍵盤上彈奏音樂。此結(jié)果直接證明之前問題出在8253的論斷完全正確，也間接證明程序的編寫基本沒有問題。 3·后為了證明程序編寫的正確性，我們把自己程序里的一些初始化數(shù)值進(jìn)行了更改，達(dá)到與別組硬件匹配后，把自己的程序燒錄進(jìn)別組的硬件中，發(fā)現(xiàn)可以工作。 最后由于時(shí)間問題，我們沒有排查出8253的問題，于是更改了之前的設(shè)計(jì)，去掉了8253運(yùn)用方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在方案一的調(diào)試中遇到以下幾個(gè)問題： 1. 發(fā)聲頻率有誤差：運(yùn)用示波器觀察，對根據(jù)公式更改參數(shù)達(dá)到要求。 2. 按鍵與設(shè)定音階不符：檢查程序?yàn)閟witch語句case設(shè)置偏差。 經(jīng)調(diào)試后，程序運(yùn)行正確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 后期課程設(shè)計(jì)結(jié)束后自己增加了鎖定功能，自動(dòng)播放功能。
4.2系統(tǒng)聯(lián)調(diào)經(jīng)硬件檢測，程序調(diào)試后，將程序下載到單片機(jī)，按下所設(shè)置的鍵，與設(shè)計(jì)要求相比對，揚(yáng)聲器可正常發(fā)出中音8音階，運(yùn)用示波器檢查，8音階頻率稍有誤差，基本與理論值相同，達(dá)到要求，結(jié)果在誤差范圍之內(nèi)。根據(jù)樂譜彈奏，可彈奏出正常樂曲。 后期，對程序進(jìn)行了升級，加入了節(jié)奏控制（以按鍵時(shí)間長短來控制延時(shí)長短），建立了樂曲頻率數(shù)組，可播放數(shù)組中所存樂曲。此次簡易電子琴設(shè)計(jì)完成。
結(jié)論總的來說，本次的簡易電子琴設(shè)計(jì)不是很成功，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，最終沒能找出預(yù)先設(shè)計(jì)中的問題，最后只能通過更改設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)目的。但是也收獲頗多；首先我主要負(fù)責(zé)軟件的編寫，使我對單片機(jī)的C程序設(shè)計(jì)從無到有，從不會(huì)到會(huì)，深入的了解了單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中匯編與C兩種語言的優(yōu)劣點(diǎn)，使我以后設(shè)計(jì)程序時(shí)對語言的選擇有了一個(gè)清醒的認(rèn)識。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問題就要解決問題，在這次解決問題中發(fā)現(xiàn)了自己很多不懂得知識，為了解決問題自己去找資料學(xué)習(xí)，并且在老師的指導(dǎo)下學(xué)會(huì)了如何有條理的去排查問題以及如何去驗(yàn)證自己的猜測。 特別是在我所主要負(fù)責(zé)的程序方面，在一次次的驗(yàn)證中不斷編寫各種功能的程序，從剛開始的什么都不懂，經(jīng)常要自己上網(wǎng)找資料學(xué)習(xí)，都后來在編寫程序中總能有各種奇思妙想，經(jīng)常能有一些讓自己都經(jīng)不住感嘆的構(gòu)思，對C語言有一種得心應(yīng)手的感覺。自己在這之中編寫了很多各種功能的程序，如對電子琴進(jìn)行鎖定，錄制等功能。 最后，雖說這次的課程設(shè)計(jì)結(jié)果不是很成功，但是過程中的收獲卻是相當(dāng)多的。
參考文獻(xiàn) [1] 楊學(xué)昭.單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用（含c51），2009年2月 [2] 佚名.娛樂應(yīng)用電路集粹. 機(jī)械工業(yè)出版社，2005年2月 [3] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2006年5月 [4] 何宏、龔?fù)?單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,2006 [5] 樓然苗、李光飛 .單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007 [6] 王福瑞等 .單片機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999 [7] 張友德、趙志英、涂時(shí)亮.單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2006第五版 [8] 徐新艷.單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)踐.北京:高等教育出版社,2005年3月
[9] 張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004 [10] 楊興瑤.實(shí)用電子電路500例.化學(xué)工業(yè)出版社,1996
附錄1：系統(tǒng)原理圖file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif
附錄2 源程序
#include <reg52.h> //包括一個(gè) 52 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件 #include<absacc.h> //XBYTE頭文件 #define COM8253 XBYTE [0x0A003] #define COM8253_H XBYTE [0x0A0] #define COM8253_L XBYTE [0x002] #define uchar unsigned char //定義一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char key_number; unsigned char flag; #define CMD_RESET 0xa4 //restart #define DECODE1 0xc8 //downlaod1 #define CMD_READ 0x15 //read key #define BLINKCTL 0x88 // blink //******HD7279連接*********** sbit cs=P1^0; // cs P1.0 sbit clk=P1^1; // clk P1.1 sbit dat=P1^2; // data P1.2 sbit key=P1^3; // key P1.3 // //長短延時(shí)程序 void long_delay(void) { unsigned char i; for(i=0;i<0x30;i++); } void short_delay(void) { unsigned chari; for(i=0;i<8;i++); } void send_byte( unsigned char out_byte) //發(fā)送字節(jié)到7279 { unsigned char i; cs=0; long_delay(); for(i=0;i<8;i++) { if(out_byte&0x80) dat=1; else dat=0; clk=1; short_delay(); clk=0; short_delay(); out_byte=out_byte*2; } dat=0; } //7279接收發(fā)送子程序 unsigned char receive_byte(void) //接收7279一個(gè)字節(jié) { unsigned chari, in_byte; dat=1; long_delay(); for(i=0;i<8;i++) { clk=1; short_delay(); in_byte=in_byte*2; if (dat) in_byte=in_byte|0x01; clk=0; short_delay(); } dat=0; return (in_byte); }
void write7279(unsigned char cmd, unsigned char dta) { send_byte (cmd); send_byte (dta); }
unsigned char read7279(unsigned char command) { send_byte(command); return(receive_byte()); }
/************************************************************** 鍵值表 ： 31 30 29 28 23 22 21 20 15 14 13 12 7 6 5 4
***************************************************************/
//輸出頻率對照表 uchar code freq[36*2]={ 0xA9,0xEF,//00220HZ ,1 //0 0x93,0xF0,//00233HZ ,1# 0x73,0xF1,//00247HZ ,2 0x49,0xF2,//00262HZ ,2# 0x07,0xF3,//00277HZ ,3 0xC8,0xF3,//00294HZ ,4 0x73,0xF4,//00311HZ,4# 0x1E,0xF5,//00330HZ ,5 0xB6,0xF5,//00349HZ ,5# 0x4C,0xF6,//00370HZ ,6 0xD7,0xF6,//00392HZ ,6# 0x5A,0xF7,//00415HZ ,7 0xD8,0xF7,//00440HZ 1 //12 0x4D,0xF8,//00466HZ 1# //13 0xBD,0xF8,//00494HZ 2 //14 0x24,0xF9,//00523HZ2# //15 0x87,0xF9,//00554HZ 3 //16 0xE4,0xF9,//00587HZ 4 //17 0x3D,0xFA,//00622HZ 4# //18 0x90,0xFA,//00659HZ 5 //19 0xDE,0xFA,//00698HZ 5# //20 0x29,0xFB,//00740HZ 6 //21 0x6F,0xFB,//00784HZ 6# //22 0xB1,0xFB,//00831HZ7 //23 0xEF,0xFB,//00880HZ `1 0x2A,0xFC,//00932HZ `1# 0x62,0xFC,//00988HZ `2 0x95,0xFC,//01046HZ `2# 0xC7,0xFC,//01109HZ `3 0xF6,0xFC,//01175HZ `4 0x22,0xFD,//01244HZ `4# 0x4B,0xFD,//01318HZ `5 0x73,0xFD,//01397HZ `5# 0x98,0xFD,//01480HZ `6 0xBB,0xFD,//01568HZ `6# 0xDC,0xFD,//01661HZ `7 //35 };
uchar code jie8[8]={12,14,16,17,19,21,23,24};//1234567`1八個(gè)音符在頻率表中的位置
//定時(shí)中斷 0,用于產(chǎn)生唱歌頻率 //timer0() interrupt 1 //按鍵控制音階聲音輸出（電子琴） //主函數(shù) void main() { COM8253=0xB6;
send_byte(CMD_RESET);
while (1) { if (!key) { short_delay(); if(!key) { key_number=read7279(CMD_READ);
switch(key_number) { case4: COM8253_H= freq[jie8[0]*2]; COM8253_L=freq[jie8[0]*2+1]; break;
case5: COM8253_H= freq[jie8[1]*2]; COM8253_L=freq[jie8[1]*2+1]; break; case6: COM8253_H= freq[jie8[2]*2]; COM8253_L=freq[jie8[2]*2+1]; break; case7: COM8253_H= freq[jie8[3]*2]; COM8253_L=freq[jie8[3]*2+1]; break; case 12: COM8253_H= freq[jie8[4]*2]; COM8253_L=freq[jie8[4]*2+1]; break; case13: COM8253_H= freq[jie8[5]*2]; COM8253_L=freq[jie8[5]*2+1]; break; case14: COM8253_H= freq[jie8[6]*2]; COM8253_L=freq[jie8[6]*2+1]; break; case15: COM8253_H= freq[jie8[7]*2]; COM8253_L=freq[jie8[7]*2+1]; break; case 31: TR0=0; break; case 30: TR0=1; break; default:break; } } while(!key) short_delay(); } }}
附錄3 電子琴成品圖file:///C:/Users/fan/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg
附錄4元件清單| 元件名稱 | | | | | | | 0.047uF、0.1 uF、10 uF、47 uF | | |
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