單片機(jī)課程設(shè)計基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計

1、單片機(jī)課程役計題 目基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計1設(shè)計背景12課程設(shè)計的目的13課程設(shè)計的任務(wù)與要求13.1課程設(shè)計任務(wù)13.2課程設(shè)計要求24電子琴系統(tǒng)的組成24. 1控制模塊24.2播放模塊24.3按鍵模塊24. 4最小系統(tǒng)35單片機(jī)89C52的簡介36設(shè)計原理與仿真47硬件的制作與調(diào)試57. 1電路的焊接57.2電路的調(diào)試68總結(jié)6參考文獻(xiàn)8附錄總體電路原理圖9附錄2：實(shí)物圖io附錄3：元器件清單10附錄4：單片機(jī)程序121設(shè)計背景單片微型計算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子 訃算機(jī)，它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用 廣泛的特點(diǎn)。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技

2、術(shù)從根本上發(fā)生變革。因 此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。電子 琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器，它在現(xiàn) 代音樂扮演著重要的角色，簡易電子琴系統(tǒng)就是以單片機(jī)為主要元器件 設(shè)計的一個簡易電子琴。之所以以單片機(jī)設(shè)計簡易的電子琴為選題，目 的在于從日常主活能接觸到的細(xì)微處著手，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更 明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不足，對LI前日益廣泛應(yīng) 用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識，使理論和實(shí)踐跟家很好的 結(jié)合。2課程設(shè)計的目的通過本課程的實(shí)訓(xùn)，旨在使學(xué)生在掌握先修課程的基礎(chǔ)上，一方面 能綜合應(yīng)用這些課程的理論知識，更重要的一方面

3、，是讓學(xué)生親自動手, 參與到工程實(shí)踐訓(xùn)練中。使學(xué)生在之前掌握的知識，以及單片機(jī)知識的 基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握電子產(chǎn)品設(shè)計以及開發(fā)調(diào)試的全過程。電路設(shè)訃、 電路調(diào)試、程序調(diào)試、程序下載等實(shí)踐實(shí)訓(xùn)部分，真正培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián) 系實(shí)際分析解決一般性技術(shù)問題以及實(shí)際動手的能力。3課程設(shè)計的任務(wù)與要求3.1課程設(shè)計任務(wù)1. 掌握基于51單片機(jī)的簡易電子琴的電路各部分的功能，會分析 各組成電路的工作原理。2. 能夠熟練地檢測元件的好壞，掌握所用元器件的特性和功能。3. 能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行調(diào)試、檢修。4. 熟悉集成電路的安裝和焊接技能。5. 熟悉電子元件布局和走線的工藝要求。6. 用PROTEUS實(shí)現(xiàn)簡易電子琴的仿真設(shè)

4、計，并且繪制原理圖。3.2課程設(shè)計要求通過按鍵，利用所給鍵盤的1, 2, 3, 4, 5, 6, 7七個鍵，能夠發(fā) 出7個不同的音調(diào)，即按下按鍵1、2、3、4、5、6、7,揚(yáng)聲器發(fā)岀相 應(yīng)音調(diào)DO、RE、ML FA、SO、LA、SI,每當(dāng)有按鍵按下時，按鍵對 應(yīng)的LED燈對應(yīng)點(diǎn)亮，可以用來演奏不同的歌曲。4電子琴系統(tǒng)的組成本次設(shè)計決定采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)置鍵盤、蜂 鳴器等外圍器件實(shí)現(xiàn)彈奏音樂的功能。4.1控制模塊本次設(shè)訃中中心控制模塊是采用STC89C52單片機(jī)來控制整個系 統(tǒng)。P3.2 口連接按鍵控制電路，按鍵控制電路連接放大電路、喇叭，從 而實(shí)現(xiàn)播放音樂的功能。XTA

5、L1和XTAL2引腳連接晶振電路與芯片組 成的最小系統(tǒng)。4.2播放模塊播放模塊是喇叭構(gòu)成。它兒乎不存在噪聲，音響效果較好。而且由 于所需驅(qū)動功率較小，且價格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。如下圖所示, 播放模塊其實(shí)就是放大電路加上喇叭，它接到按鍵模塊上，當(dāng)開關(guān)閉合 時，它就會發(fā)出聲音。4.3按鍵模塊電子琴設(shè)有7個按鍵作為音符輸入。這7個按鍵分別代表7個音 符，包括中音段的全部音符。通過軟碩件設(shè)訃，連接電源即可啟動電子 琴。然后通過查詢電子琴所按下的按鍵，讀取電子琴輸入狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到 對應(yīng)的程序人口，實(shí)現(xiàn)按鍵發(fā)音。4.4最小系統(tǒng)這里用的單片機(jī)的型號是STC89C52RC,配以12M的晶振，以及復(fù) 位電路供

6、電電路構(gòu)成最小系統(tǒng)。5單片機(jī)89C52的簡介STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微 控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的 MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的 功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方 案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash, 512字節(jié)RAM, 32位I/O 口 線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM, MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向

7、量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)）,全雙工串行口。另外STC89C52可降至 OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保 護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止， 直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz, 6T/12T可 選。主要特性有：8K字節(jié)程序存儲空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶 4K字節(jié)EEPROM存儲空間；可直接使用串口下載。器件參數(shù)：1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時鐘/機(jī)器周期和12時鐘/機(jī)器周期可以 任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80

8、51.2. 工作電壓：5.5V3.3V （5V單片機(jī)）/3.8V2.0V （3V單片機(jī)）3. 工作頻率范席|： 040MHz,相當(dāng)于普通8051的080MHz,實(shí) 際工作頻率可達(dá)48MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5. 片上集成512字節(jié)RAM6. 通用I/O 口 （32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉, P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。7. ISP （在系統(tǒng)可編程）/IAP （在應(yīng)用可編程），無需專用編程器， 無需專用仿真器，可通過吊口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程療:， 數(shù)秒即可完成一

9、片& 具有EEPROM 功能9. 共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器TO、Tl、T210. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down模 式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11. 通用異步串行口（UART）,還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART12. 工作溫度范圍：-40+85°C （工業(yè)級）/075°C （商業(yè)級）6設(shè)計原理與仿真電子琴的基本原理：聲音的頻譜范圍約在兒十到兒千赫茲，利用程 序來控制單片機(jī)的某個口線不斷輸出“高” “低”電平，則在該口線上就 能產(chǎn)生一定頻率的方波，講該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音， 樂曲中，每個音符對應(yīng)著確定

10、的頻率。如果單片機(jī)某個口線輸出"高” “低”電平的頻率和某個音符的頻率一樣，那么將此口線接上喇叭就可 以發(fā)出此音符的聲音。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遲一段時間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出 就會產(chǎn)生一定頻率的方波，通過改變延遲的時間就可以改變輸出方波的 頻率。單片機(jī)內(nèi)部有兩個定時計數(shù)器T1和TO,單片機(jī)的定時計數(shù)器實(shí) 際上是個計數(shù)裝置，它既可以對單片機(jī)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計數(shù)，也可以 對外部輸入的脈沖計數(shù)，對內(nèi)部晶振訃數(shù)時稱為定時器，對外部時鐘計 數(shù)時稱為計數(shù)器。當(dāng)對單片機(jī)內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計數(shù)時，每個機(jī)器周期 定時計數(shù)器的計數(shù)值就加，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到汁數(shù)

11、最大值時訃數(shù)完畢并通知 單片機(jī)。yi d- XTAL*P20<*eP2 IXfcfl4 mo y*ii «<M12 円知3 円知<1P3 7<M 5ia X1AL2P5 4/TOP3ar>DP3.<O2Ii.P3 2«WU :JUL二3L二4.二二MM <AC»l H.2XAO2 S.5*ACOO1ppr圖6-1簡易電子琴仿真圖7硬件的制作與調(diào)試7.1電路的焊接烙鐵在電路板上進(jìn)行元件焊接，按照電路圖進(jìn)行焊接。焊接時應(yīng)注 意以下兒點(diǎn)：1. 電烙鐵使用前應(yīng)檢查使用電壓是否與電烙鐵標(biāo)稱電壓相符；2. 電烙鐵應(yīng)該具有接地線；3.

12、電烙鐵通電后不能任意敲擊、拆卸及安裝其電熱部分零件；4. 電烙鐵應(yīng)保持干燥，不宜在過分潮濕或淋雨環(huán)境使用；5. 拆烙鐵頭時,要切斷電源；6. 切斷電源后，最好利用余熱在烙鐵頭上上一層錫，以保護(hù)烙鐵頭;7. 當(dāng)烙鐵頭上有黑色氧化層時候，可用砂布擦去，然后通電，并立 即上錫；&海綿用來收集錫渣和錫珠，用手捏剛好不出水為適。7.2電路的調(diào)試電路調(diào)試主要是針對單片機(jī)部分進(jìn)行的調(diào)試。在上電之前，先確保 電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也 是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用 來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路悄況。注意焊點(diǎn)之間，確保焊 點(diǎn)沒

13、有短接在一起，同時注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn) 象出現(xiàn)。在確保硬件電路正常且無異常惜況（斷路或短路）的情況下方可上電 調(diào)試，上電調(diào)試的口的是檢驗(yàn)電路是否接錯，同時還要檢驗(yàn)原理是否正 確。上電后，隨機(jī)按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確，調(diào)試成 功。8總結(jié)過這段時間的實(shí)訓(xùn)，讓我更加了解了單片機(jī)這門課程在實(shí)際生活中 的應(yīng)用。同時也加深了我對這門課程的學(xué)習(xí)。通過老師的指導(dǎo)，同學(xué)的 幫助，我終于完成了對循環(huán)流水燈的設(shè)計。讓我感到在大學(xué)學(xué)到的知識 能夠?qū)W以致用，增強(qiáng)了自己動手能力。同時，也在實(shí)踐中學(xué)到了許多東 西。在做這個電路的時候并不是一帆風(fēng)順的。做作品之詢都要用仿真軟 件進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試通

14、過了，才能進(jìn)行焊接。當(dāng)初調(diào)試的時候，由于對仿 真軟件不熟悉，所以當(dāng)時仿真出現(xiàn)了很多問題。后來在同學(xué)的幫助下完 成了仿真。仿真通過后，我們才開始著手買零件去焊接。焊接的時候先 放好元器件，檢查正負(fù)極有沒有接正確，電路圖也是看了一遍乂一遍， 確認(rèn)無誤后，才開始著手進(jìn)行焊接。山于電路排列比較密集，所以焊接 的時候需要額外的小心，不能因?yàn)閮蓚€焊錫焊一起了而導(dǎo)致電路的短路。 經(jīng)過了大約一上午的時間才完成。接電源以前，乂檢查了一遍電路的鏈 接組成。不過第一次的作品并沒有成功。經(jīng)過檢查以后，決定再去做一 次。在網(wǎng)上查了一些資料，然后乂進(jìn)行焊接調(diào)試。在做設(shè)計的同時，收 獲也很大。雖然花了很多時間，但學(xué)到了很多

15、東西。做課程設(shè)計的時候 自己認(rèn)真查閱了各種資料。增強(qiáng)了自己對知識的理解，很多以前看不懂 的問題現(xiàn)在都已經(jīng)解決了。在課程設(shè)計的過程中，我們想到了很多種電 路的接線法，并進(jìn)行了比較，最后采用了上面的方法。做設(shè)計要有耐性 和堅持下去的毅力，要認(rèn)真仔細(xì)。課程設(shè)計有利于提高我們的動手能力, 能把我們所學(xué)的書本知識運(yùn)用到實(shí)際生活中去，同時也豐富了我們的生 活，提高我們對知識的理解能力。同時也使我意識到一個良好的設(shè)計思 路是最重要的。在制作的過程中也要認(rèn)真，細(xì)心，不能出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)的差 錯。要充分利用網(wǎng)上的資料，圖書館的資源填補(bǔ)上所學(xué)的空口，掌握最 先進(jìn)的知識，使自己的知識更加完善，更出色的完成設(shè)計題目。通過這

16、 次設(shè)計活動，我們知道了以前學(xué)的一些基礎(chǔ)理論的作用，對課程起到了 復(fù)習(xí)與加深的作用，還提高了我們分析和解決問題的能力，也提高了我 們團(tuán)隊合作能力，對電路設(shè)計的基本技能也起到了一個很好的鍛煉作用。參考文獻(xiàn)1 徐泳龍單片機(jī)及原理及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20132 胡學(xué)海.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京電子工業(yè)出版社，2005 高偉AT89單片機(jī)原理及應(yīng)用北京：國防工業(yè)出版社，2008附錄總體電路原理圖J1 XTXU.I>HM2RSTpTParrASP22*10P2XAH 陽2P2&*A13 «&'A14P27AA15Fl KUU"UKaP

17、P32fNT0ki mjtnP12Pl 3P3.3>IT1P34ffD P3S»T1 PRW P3?fiTPl 4Pl<>P16小I”0覽52D1W-熒»吋F1pnIB U附錄2：實(shí)物圖附錄3：元器件清單序號名稱型號規(guī)格數(shù)量1按鍵開關(guān)72單片機(jī)STC89C5213二極管74三極管901215蜂鳴器16電解電容10uFI7電阻10K18晶振12Hz19電容22pF210導(dǎo)線若干附錄4：單片機(jī)程序ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP KEYORG 000BHAJMPT10ORG 0030HMAIN: SETB ITOSETB EXOMOV TMOD.#01HSETB ETOSETB EASJMP $KEY: JB P1.0.K1MOVDPH.#0F8HMOVDPL#8CHAJMP KEY.OUTKI: JBP1.1.K2MOVDPH.#0F9HMOVDPL#5BHAJMP KEY_OUTK2: JBP12K3MOVDPH.#0FAHMOV DPL,#15HAJMP KEY_OUTK3: JBP1.3.K4MOVDPH.#0FAHMOV