電子琴課程設(shè)計

1、一、設(shè)計要求2二、設(shè)計目的2三、總體電路設(shè)計及描述23.1、 總體電路設(shè)計框圖23.2、 硬件電路的分析描述23.2.1、 、時鐘電路33.2.2、 復位電路與喇叭接口電路33.2.3、 按鍵輸入電路43.3、 、小結(jié)5四、軟件設(shè)計流程及描述64.1、 電子琴發(fā)聲原理64.2、 程序設(shè)計框圖及分析描述84.3、 電子琴設(shè)計報告9五、設(shè)計總結(jié)105.1、 心得體會105.2、 缺乏之處10六、參考文獻11另、附錄12附錄一、電子琴總體設(shè)計程序12附錄二、電子琴設(shè)計整體電路圖20附錄三、電子琴設(shè)計電路所用器件清單21一、設(shè)計要求(1)利用鍵盤能夠發(fā)出低首5tWj首1等不同首階.(2)能通過按鍵編輯

2、歌曲.(3)編輯一首歌曲存儲,硬件電路可自動連續(xù)演奏.二、設(shè)計目的(1)了解令揚聲器發(fā)出聲音的方法,熟悉按鍵輸入的處理方法.(2)能根據(jù)樂譜,找到并熟悉硬件電路自動演奏歌曲的方法.練習將樂譜的音階、音拍編寫成計算機樂譜.(3)根據(jù)設(shè)計要求認真熟悉單片機的知識以及程序的整體設(shè)計及布局.(4)通過資料查詢,網(wǎng)上搜索查找與自己設(shè)計相關(guān)的知識,合理有效的利用在自己的課程設(shè)計中.三、總體電路設(shè)計及描述3.1、 總體電路設(shè)計框圖這次課程設(shè)計中電子琴的總體電路主要是由四個局部組成,它們分別是單片機、時鐘與復位電路、12個按鍵輸入電路和揚聲器電路.電子琴的硬件電路設(shè)計框圖如下：圖1:電子琴硬件電路設(shè)計框圖3.

3、2、 硬件電路的分析描述3.2.1、 時鐘電路從第一個電路一一時鐘電路開始,這個電路比擬容易,為了方便起見我直接采用內(nèi)部時鐘模式.電路如下列圖所示：時鐘電路中的晶振頻率,為計算便,我采用12MHz那么得到時鐘周期便為1s,在追求速度與電路板工藝方面都比擬適宜.對于電容我也采用典型值30pf.另外在焊接電路板時,電容與晶振應盡可能與單片機芯片距離遠一些,以減少寄生電容,保證振蕩電路更圖2:時鐘電路圖好更穩(wěn)定的工作.3.2.2、 復位電路與喇叭接口電路(1)復位電路對于復位電路,如下頁圖中所示,C取典型值22f,一方面可通過開機電容充放電實現(xiàn)上電后自動復位,另外為了實現(xiàn)可以按鍵手動復位的要求(為滿

4、足在不切斷電源的情況下,使連續(xù)播放的歌曲停止,進入其他狀態(tài)),我選擇電平手動復位方式,復位電路中接地端電阻取1?,另外一電阻取200?.(2)喇叭接口電路(揚聲器電路)喇叭接口電路(揚聲器電路),此電路的主要功能是其接線方式如下列圖.在這里為使所演奏歌曲聲響較大,設(shè)計方案采用功率2W阻值8?來驅(qū)動揚聲器,但單片機的P0.0口輸出電流值比擬小,驅(qū)動水平弱,故在此采用兩個三極管將歌曲聲響信號放大.三極管我采用常見型號NPN2SC138有PNP2SA1085三極管集電極電阻選330?的大阻值.這樣可以更好的保護三極管,也可以進行音頻放大與音頻發(fā)聲功能.圖3:復位電路與喇叭接口電路3.2.3、 按鍵輸

5、入電路(1)鍵盤接口具有的根本功能：去抖動、防串鍵、按鍵識別和鍵碼產(chǎn)生.去抖動：每個按鍵在按下或松開時,都會產(chǎn)生短時間的抖動.抖動的持續(xù)時間與鍵的質(zhì)量相關(guān),一般為5-20mm所謂抖動是指在識別被按鍵是必須避開抖動狀態(tài),只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識別正確無誤.去抖問題可通過軟件延時或硬件電路解決.防串鍵：防串鍵是為了解決多個鍵同時按下或者前一按鍵沒有釋放又有新的按鍵按下時產(chǎn)生的問題.常用的方法有雙鍵鎖定和N鍵輪回兩種方法.雙鍵鎖定,是當有兩個或兩個以上的按鍵按下時,只把最后釋放的鍵當作有效鍵并產(chǎn)生相應的鍵碼.N鍵輪回,是當檢測到有多個鍵被按下時,能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應鍵的鍵

6、碼.被按鍵識別：如何識別被按鍵是接口解決的主要問題,一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成.常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種.行掃描法的根本思想是,由程序?qū)︽I盤逐行掃描,通過檢測到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵,為此,需要設(shè)置入口、輸出口一個,該方法在微機系統(tǒng)中被廣泛使用.線反轉(zhuǎn)法的根本思想是通過行列顛倒兩次掃描來識別閉合鍵,為此需要提供兩個可編程的雙向輸入/輸出端口.鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標編碼得到反映鍵功能的鍵碼,一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個鍵盤編碼表,通過查表獲得被按鍵的鍵碼(2)按鍵電路的連接對于按鍵輸入電路的信號輸入,我接至單片機芯片的P1.0至P1.7還有P3.4至P3.7等十二支引腳.由于這些引

7、腳都靠近實際芯片的下端,在設(shè)計制作電路板時比擬容易布線.在初始化程序中,將這些端口設(shè)置為高電平,當按下按鍵后,端口被鎖定為低電平,在程序中,采用數(shù)條JNB位變量條件轉(zhuǎn)移指令,當單片機檢測到此低電平后便跳轉(zhuǎn)至效勞程序處,根據(jù)程序中相關(guān)量變化時發(fā)出具有一定頻率的低音5至高音3等不同音階的聲響.其單片機電子琴按鍵電路程序設(shè)計流程圖如下列圖所示：圖4:按鍵電路的流程圖3.3、 、小結(jié)以上便是硬件局部電路的根本設(shè)計與分析描述,詳細總體的電路圖附加在附錄頁中,供仔細參考使用.電路中由于沒有擴展外部存儲裝置,故單片機EA非引腳必須接高電平,以選中內(nèi)部ROM電路的有利改良：設(shè)計中所用的揚聲器也滿足這里的設(shè)計要

8、求,但揚聲器假設(shè)附加有音箱(例如隨身聽用的小音箱)那么效果更佳.四、軟件設(shè)計流程及描述4.1、 電子琴發(fā)聲原理(1)聲音產(chǎn)生方法：只要讓揚聲器(speaker)通過會產(chǎn)生大小變化的電流(即脈動電流或交流),就能使揚聲器發(fā)出聲音.因此假設(shè)以程序不斷的輸出10101?就可令揚聲器發(fā)出聲音.(2)要生產(chǎn)音頻脈沖,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.利用延時程序計時這個半周期時間,每當計時到后就將輸出脈沖的I/O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腳上得到此頻率的脈沖.(3)例如中音DO的頻率為262Hz,其周期T=1/262=3816s,因

9、此只要編寫延時1908s的子程序,在1908s后再將I/O反相延時1908s,就可得到中音DO(262Hz).(4)延時時間的方法：(以中音DO為例)假設(shè)以程序MOVR6,#DATA;1周ACALLDELAY;2周DELAY:MOVB,R6MOVR7,#06HDL:DJNZR7,DLDJNZR6,DLMOVR6,BRET來到達半個周期的目的,那么因半個周期t=1908s,且MOVR6,#DATAACALLDELAYMOVB,R6RET這5個指令共耗時1908s-9s=1899sMOVR6,B9s,所以在延時子程序DELAYS,循環(huán)的局部只能是,循環(huán)的局部每執(zhí)行一次耗時15s,故要延時1908s

10、需要執(zhí)行1899/15=126次,即R6=126=7EH可產(chǎn)生所需的中音DO音.以此類推,可得到計算延時的參數(shù)公式:R6=(500000/f-9)/15各音階的延時參數(shù)下列圖表所示:DOREMIFASOLASI高音音符頻率延時參數(shù)1+5226365212+5875673223+4+5595047828823245+7004298256+78437110267+8803312427988日長今必音階代碼中音音符頻率延時參數(shù)122621263311:3294113371245330100414413146-3499549157392440857567494日長今必音階代碼55166217低音音符頻

11、率延時參數(shù)1-21312541601314722618024165201212203045-117519025056-719617028062201503107247134日長今必音階代碼特殊功能特殊功能休止符重復演奏停止演奏簡譜0音節(jié)代碼0040255所以只要讓揚聲器Speaker通過會產(chǎn)生大小變化的電流即脈動的電流或交流,就能使揚聲器發(fā)出聲音.因此假設(shè)根據(jù)程序不斷的輸出1一0一1一0一,就可令揚聲器發(fā)出聲音.由于MCS-51單片機的輸出端口輸出電流不夠大,所以必須加上晶體三極管把電流放大后再驅(qū)動揚聲器,如下列圖左半圖所示：圖5:揚聲器的電路圖與其流程圖上圖中所示的右半圖是產(chǎn)生聲音的根本流程

12、圖,只要改變半周期t的時間長短,就可以改變硬件電路圖中電路的輸出頻率,在課程設(shè)計編寫相關(guān)程序時也是依據(jù)這個原理來編寫設(shè)計流程的.在電子琴設(shè)計流程中有具體程序編寫,在附錄中會有顯示.4.2、 程序設(shè)計框圖及分析描述課程設(shè)計中彈奏音樂程序設(shè)計包括主程序和各個子程序.在課程設(shè)計報告附頁中有具體程序,可以供參考審核用.在這里給出音樂眼湊的的程序流程圖,以便更好的查看程序設(shè)計.在流程途中樂譜改編為程序中的計算機樂譜必須根據(jù)“音階代碼在前,音拍代碼在后的規(guī)那么排序,樂譜結(jié)束時,必須以40表示重復演奏或者255表示只演奏一遍就停止做結(jié)尾.4.3、 電子琴設(shè)計程序(詳見附頁)設(shè)計總結(jié)5.1、 心得體會(1)通

13、過這次課程設(shè)計,讓我感覺到了單片機的深奧,很多資料沒有,要靠自己去查找.在課程設(shè)計過程中,我學會了怎么通過各種方式查詢相關(guān)的資料,尤其是要充分利用互聯(lián)網(wǎng)來查找自己想要的資料.(2)這次的課程設(shè)計涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容,首先硬件方面,根本熟悉了單片機電子產(chǎn)品的開發(fā)流程及方法.本次課程設(shè)計的硬件焊接工序也是個關(guān)鍵步驟,在焊接過程中要仔細,不要被打攪,否那么很容易焊接錯誤.而且焊接量也很大,要有明確的分工,有的必須一個人單獨完成,不然會很浪費時間.(3)在軟件方面,由于自己所學有限,所以程序的編寫事件很頭疼的事,所以我們是先從網(wǎng)上下載一些類似的程序,然后對程序進行分析修改加以利用.在進行仿真電路

14、的過程中也有很多不便,很多系統(tǒng)程序軟件不會使用,所以在其中找同學幫助,而且自己也進行了初步學習,更進一步了解了我們專業(yè)所利用的一些經(jīng)典軟件,給以后的學習提供了很好的定位.(4)設(shè)計好后,要將程序燒入芯片,經(jīng)過調(diào)試成功后,我們可以任意彈奏自己想要的旋律.本研究通過制作電子琴,將幾個模塊很好的融合起來,對使用單片機設(shè)計簡易電子琴進行了分析,并介紹了基于單片機電子琴統(tǒng)硬件組成.利用單片機產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階.說明一首音樂是許多不同的音階組成的,而每個音階對應著不同的頻率,這樣我們就可以利用不同的頻率的組合,即可構(gòu)成我們所想要的音樂了,所以我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關(guān)系弄正確來,然后

15、我們利用功放電路來將音樂聲音放大,同時通過顯示模塊來確定我們自己所彈的音符.5.2、 缺乏之處雖然我們用心設(shè)計,但仍有許多缺乏之處：可彈奏的音符數(shù)較少,可通過改良鍵盤識別模塊和發(fā)生模塊來增加氣音樂效果.2 .只有一種頻率輸出.不過可以在外圍設(shè)計濾波電路,接在不同的輸出口,通過軟件實現(xiàn)不同端口的輸出,從而接入不同的濾波電路,輸出不同的波形,從而獲得不一樣的音色.3 .不能以和弦形式演奏,只能單個鍵按下輸出單個的音階.而且按鍵后不能進行錄制重放.在以后的學習進程中,也可以利用閑暇時間對其進行進一步探索研究,更深一步的學習專業(yè)知識.參考文獻1、張毅坤主編單片微型計算機原理及應用西安電子科技大學出版社

16、2、蔡朝洋主編單片機限制實習與專題制作北京科學出版社3、陳偉人MC51系統(tǒng)單片機實用子程序集錦.北京清華大學出版社4、丁元杰單片機原理及應用北京機械工業(yè)出版社附錄一：電子琴總體設(shè)計程序ORGORGORG0000HP1,P3,#0FFH#0FFHTEST:JNBP3.4,STARTP3.4=0嗎？JNBP3.5,SOL;P3.5=0嗎？JNBP3.6,LAL;P3.6=0嗎？JNBP3.7,SIL;P3.4=0嗎？JNBP1.7,DO;P1.7=0嗎？JNBP1.6,RE;P1.6=0嗎？JNBP1.5,MI;P1.5=0嗎？JNBP1.4,FA;P1.4=0嗎?JNBP1.3,SO;P1.3=

17、0嗎？JNBP1.2,LA;P1.2=0嗎？JNBP1.1,SI;P1.1=0嗎？SOL:LAL:SIL:DO:RE:MI:FA:SO:LA:SI:DOH:;輸出一周OUTPUT1:DELAY1:DL1:START:JNBP1.0,DOHAJMPTEST設(shè)定相對應延時參數(shù)R6MOVR6,#170AJMPOUTPUT1MOVR6,#150AJMPOUTPUT1MOVR6,#134AJMPOUTPUT1MOVR6,#126AJMPOUTPUT1MOVR6,#113AJMPOUTPUT1MOVR6,#100AJMPOUTPUT1MOVR6,#95AJMPOUTPUT1MOVR6,#85AJMPOUT

18、PUT1MOVR6,#75AJMPOUTPUT1MOVR6,#67AJMPOUTPUT1MOVR6,#63AJMPOUTPUT1CLRP0.7ACALLDELAY1SETBP0.7ACALLDELAY1AJMPTEST;延時t=15us*R6+9usMOVB,R6MOVR7,#6DJNZR7,$DJNZR6,DL1MOVR6,BRETMOVDPTR,#MUSIC;P1.0=0嗎？;令兩揚聲器通電;延時半周期t;令揚聲器斷電;延時半周期t;重新測試按鍵;DPTR旨向樂譜的開頭CONT:階代碼CLRAMOVCA,A+DPTR；讀取樂譜內(nèi)的音；A=*代碼CJNEA,#40CHKCHK:CJNEA,#

19、255,OKSTOP:AJMPSTOP;走5rt邛代碼為255,那么停止演奏OK:PUSHACCINCDPTRCLRAMOVCA,A+DPTR;讀取樂譜內(nèi)的音階代碼MOVR4,A;R4書拍代碼POPACCAJMPSTART；假設(shè)音節(jié)代碼為40,那么從頭開始重復演奏CHK1:CJNEA,#01,CHK2CHK2:ACALLDOHCJNEA,#02,CHK3DOCHK3:ACALLRELCJNEA,#03,CHK4DOCHK4:ACALLMILCJNEA,#04,CHK5DOCHK5:ACALLFALCJNEA,#05,CHK6CHK6:ACALLSOL2CJNEA,#06,CHK7CHK7:AC

20、ALLLAL2CJNEA,#07,CHK11CHK11:ACALLSIL2CJNEA,#11,CHK12CHK12:ACALLDO2CJNEA,#12,CHK13CHK13:ACALLRE2CJNEA,#13,CHK14CHK14:ACALLMI2CJNEA,#14,CHK15CHK15:ACALLFA2CJNEA,#15,CHK16CHK16:ACALLSO2CJNEA,#16,CHK17CHK17:ACALLLA2CJNEA,#17,CHK21CHK21:ACALLSI2CJNEA,#21,CHK22依據(jù)音階代碼發(fā)出相應的聲音;假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音DO；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生

21、低音；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音；假設(shè)代碼為01.,那么產(chǎn)生低音ACALLDOH2CHK22:CJNEA,#22,CHK23ACALLREHCHK23:CJNEA,#23,CHK24ACALLMIHCHK24:CJNEA,#24,CHK25ACALLFAHCHK25:CJNEA,#25,CHK26ACALLSOHCHK26:CJNEA,#26,CHK27ACALLLAHCHK27:CJNEA,#27,CHK0ACALLSIHCHK0:CJNEA,#00,CONT2ACALLNONCONT2:INCDPTRAJMPCONT設(shè)定各音階相對應音階代碼的參數(shù)設(shè)定低音DOL:DO的相對應參數(shù)MOVR

22、6,#254MOVR5,#16AJMPOUTPUT設(shè)定低音RE的相對應參數(shù)REL:MOVR6,#226MOVR5,#18AJMPOUTPUTMIL:MOVR6,#201MOVR5,#21AJMPOUTPUTFAL:MOVR6,#190MOVR5,#22AJMPOUTPUTSOL2:MOVR6,#170MOVR5,#25AJMPOUTPUTLAL2:MOVR6,#150MOVR5,#28AJMPOUTPUTSIL2:MOVR6,#134MOVR5,#31AJMPOUTPUTDO2:MOVR6,#126MOVR5,#33AJMPOUTPUTRE2:MOVR6,#113MOVR5,#37AJMPOU

23、TPUTMI2:MOVR6,#100MOVR5,#41AJMPOUTPUTFA2:MOVR6,#95MOVR5,#44AJMPOUTPUTSO2:MOVR6,#85MOVR5,#49AJMPOUTPUTLA2:MOVR6,#75MOVR5,#55AJMPOUTPUTSI2:MOVR6,#67MOVR5,#62AJMPOUTPUTDOH2:MOVR6,#63MOVR5,#65AJMPOUTPUTREH:MOVR6,#56MOVR5,#73AJMPOUTPUTMIH:MOVR6,#50MOVR5,#82AJMPOUTPUTFAH:MOVR6,#47MOVR5,#88AJMPOUTPUTSOH:MOVR6,#42MOVR5,#98AJMPOUTPUTLAH:MOVR6,#37MOVR5,#110AJMPOUTPUTSIH:MOVR6,#33MOVR5,#124AJMPOUTPUTNON:MOVR6,#33MOVR5,#124AJMPOUTPUTR6與R5采用上NO時設(shè)定休止符的相對應參數(shù)說明：由于休止符不發(fā)出任何聲音,所以述任何一組相對應的參數(shù)均可以以下為輸出R5*R4