基于單片機(jī)的電子琴[優(yōu)選材料]

1、鄭州科技學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的電子琴的設(shè)計(jì)_ 學(xué)生姓名 所填內(nèi)容為黑體3號(hào) 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化班 學(xué) 號(hào) 201347063 院 （系） 固定內(nèi)容為宋體3號(hào) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2016年 12 月 9 日 二類優(yōu)質(zhì)#目 錄3號(hào)黑體4號(hào)黑體1課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求13 設(shè)計(jì)方案與論證1頁(yè)碼5號(hào)Times new Roman字體，右對(duì)齊3.1 設(shè)計(jì)方案13.2 方案論證24號(hào)宋體加粗4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明 25 單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說(shuō)明）36 硬件的制作與調(diào)試47 軟件設(shè)計(jì)68 總結(jié) 7參考文獻(xiàn)9附錄1：總體電路原理圖10附錄2：元器件清單12（器

2、件型號(hào)和參數(shù)）附錄3：程序13附錄 4：實(shí)物圖143號(hào)黑體左頂格1 課程設(shè)計(jì)的目的1.1 通過(guò)單片機(jī)電子課程設(shè)計(jì)制作提高學(xué)生的電子技術(shù)實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，了解開展科學(xué)實(shí)踐程序和基本方法，并逐步形成嚴(yán)肅、認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)和一定的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀。培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用電路設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固，加深和擴(kuò)展有關(guān)電子類方面的知識(shí)。進(jìn)行基本技術(shù)技能訓(xùn)練，如基本儀器儀表的使用，常用元器件的識(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)

3、行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。一級(jí)節(jié)標(biāo)題為1.1，1.2，1.3，小3號(hào)黑體2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 結(jié)合課本和已學(xué)知識(shí)，根據(jù)已知的技術(shù)指標(biāo)和條件，再結(jié)合此次實(shí)訓(xùn)的目的完成自己選擇的簡(jiǎn)易電子琴電路的設(shè)計(jì)并按照仿真原理圖結(jié)合實(shí)物焊接好此作品，達(dá)到指導(dǎo)老師的預(yù)期效果。設(shè)計(jì)電路原理圖和選擇電路所需元器件學(xué)會(huì)使用仿真電路軟件對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真測(cè)試。對(duì)電路進(jìn)行方案論證，確定電路原理方框圖。正文部分：文字小4號(hào)，中文宋體；英文和數(shù)字Times New Roman1.5倍行距3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終確定了如下方案：（1）采用STC89C51單片機(jī)作為主控制器。（2）采用達(dá)林頓效應(yīng)使音

4、樂信號(hào)放大。（3）采用語(yǔ)言編程。3.2 方案論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊和輸入模塊構(gòu)成。為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了以下幾種方案并分別進(jìn)行了論證。 方案1：采用凌陽(yáng)系列單片機(jī)為系統(tǒng)的控制器凌陽(yáng)系列單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽(yáng)系列單片機(jī)提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。方案2：采用51系列作為系統(tǒng)控制器單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積較小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且抗干擾性能好。

5、因51單片機(jī)價(jià)格比凌陽(yáng)系列低得多，且本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計(jì)選擇了方案2。4 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明4.1 設(shè)計(jì)原理4.2 功能說(shuō)明 基本方案：發(fā)生電路是這次設(shè)計(jì)電路中最重要的組成部分，他承載著單片機(jī)所產(chǎn)生的聲音信號(hào)放大并輸出的重要作用，而我的設(shè)計(jì)中的發(fā)聲電路主要是由兩個(gè)S8050三極管驅(qū)動(dòng)組成。S8050三極管是一種小功率的放大管，屬于型號(hào)三極管，而對(duì)三極管引腳的判斷有以下方法。1.判斷三極管的基極。對(duì)于型號(hào)的三極管，用黑表筆接某一個(gè)電極，紅表筆分別接另外兩個(gè)電極，若測(cè)量電阻值兩個(gè)都小，調(diào)換表筆后被測(cè)電阻值都較大，則可判斷第一次測(cè)量中黑表筆所接的是基極；如果測(cè)

6、量值一大一小，相差很大，則第一次測(cè)量中黑表筆接的不是基極，應(yīng)該更換其他電極重測(cè)。2.測(cè)量三極管發(fā)射極e和集電極c。三極管基極確定后，通過(guò)交換表筆，兩次測(cè)量e,c極間的電阻，如果兩次測(cè)量結(jié)果不相等，其中測(cè)得電阻值較小的一次為紅表筆的是e極黑表筆接的是c極。對(duì)于型號(hào)的三極管，方法與的相似，只是紅黑表筆的作用相反，在測(cè)量e,c極間電阻時(shí)要注意，由于三極管的V（BR）CEO很小，很容易將發(fā)射結(jié)擊穿。當(dāng)我們?nèi)龢O管的管腳判斷結(jié)束以后，我們就可以用兩個(gè)三極管構(gòu)成一個(gè)達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。首先當(dāng)單片機(jī)1.0口輸出一個(gè)高電平，由兩個(gè)三極管構(gòu)成的達(dá)林頓成能導(dǎo)通，導(dǎo)通后又能對(duì)電流又一定的放大作用，這樣傳到揚(yáng)聲器時(shí)信號(hào)能讓我們

7、聽的更清楚。圖4-1 聲音驅(qū)動(dòng)電路4.3 編程軟件模塊方案1：采用匯編語(yǔ)言編程匯編語(yǔ)言指令是用一些具有相應(yīng)含義的助憶符來(lái)表達(dá)的，所以，它要比機(jī)器語(yǔ)言容易掌握和運(yùn)用，但另一方面，它要直接使用CPU的資源，相對(duì)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，它又顯得難掌握。方案2：采用語(yǔ)言編程C語(yǔ)言與其他高級(jí)語(yǔ)言相比,具有運(yùn)算符的豐富性、語(yǔ)法表述的靈活性、對(duì)軟硬件操作的兼容性、輸入輸出方式的新穎性等主要特征.深入分析研究這些特征,可以加深對(duì)C語(yǔ)言的認(rèn)識(shí);正確應(yīng)用這些特征,可以靈活高效地解決各種實(shí)際問(wèn)題. 因?yàn)槲以诖髮W(xué)期間對(duì)匯編語(yǔ)言沒有深入的了解，而且在編程時(shí)一直用C語(yǔ)言，所以我選擇了方案2。5 單元電路的設(shè)計(jì)5.1 時(shí)鐘電

8、路最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51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RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部時(shí)鐘在此不做詳細(xì)介紹。外部方式的時(shí)鐘電路如圖3所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率在12MHz或11.0592MHZ晶振。 圖5-1 89c51內(nèi)部

9、時(shí)鐘電路5.2 復(fù)位電路當(dāng)在89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST（9）端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖4。時(shí)鐘頻率用11.0592MHZ時(shí)C取10uF,R取10k。 圖

10、5-2 89C51 復(fù)位電路圖中英文文字為5號(hào)正體Times New Roman圖中中文文字為5號(hào)宋體圖號(hào)按大標(biāo)題加編，如圖2-5表示第2章中的第5個(gè)圖。圖題在圖下，小4號(hào)宋體6 硬件的制作與調(diào)試6.1 硬件的制作 先組裝音階產(chǎn)生電路。為了節(jié)省時(shí)間和空間，可用導(dǎo)線代替音階按鈕S1-S7,即用一根足夠長(zhǎng)的導(dǎo)線，一端接555電路的2、6公共端，另一端依次接觸R1-R7的開路端來(lái)產(chǎn)生不同的聲音。要調(diào)出比較準(zhǔn)確的音階，需借助示波器測(cè)試各音階信號(hào)的周期，并通過(guò)串接電阻是各音階達(dá)到正確的周期值，從而校準(zhǔn)音調(diào)。也可使用頻率計(jì)測(cè)量音階信號(hào)的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)音準(zhǔn)調(diào)節(jié)。如果R1-R7采用標(biāo)稱電阻，則各別音調(diào)將略有偏離。

11、在制作過(guò)程中剛開始只接了一個(gè)電阻按一下開關(guān)就會(huì)發(fā)出響聲！再接兩個(gè)電阻按一下開關(guān)就會(huì)發(fā)現(xiàn)響聲但是響聲與第一下不相同，其次以后六次都是與前面一樣，多接通一個(gè)電阻響聲就與前面一次不相同！但此次我們采用了固定電阻的串聯(lián)和近似原則制作了一個(gè)不是最理想的電子琴，如果用精密電位器調(diào)整好電阻阻值效果會(huì)更好，以后我會(huì)多加思考爭(zhēng)取做到最好。6.2 硬件的調(diào)試這是本設(shè)計(jì)較為困難的一部分，需要經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù)的調(diào)試，才能達(dá)到理想中的效果，以下將分文硬件與軟件兩部分介紹此次調(diào)試的過(guò)程，以及調(diào)試過(guò)程中遇到的困難和解決辦法。程序主要取自一個(gè)音樂播放程序，但沒有功率放大部分，更沒有按鈕部分。在此基礎(chǔ)之上，首先是對(duì)其進(jìn)行一定的修改

12、，在保留原來(lái)音調(diào)產(chǎn)生程序的前提下，進(jìn)行主程序的設(shè)計(jì)，首先對(duì)所有端口進(jìn)行初始化操作，接著進(jìn)入不斷循環(huán)部分，直到按鍵按下，進(jìn)入防止抖動(dòng)程序，如果不是抖動(dòng)，則進(jìn)入音樂播放程序，直到按鍵松開，再次進(jìn)入等待按鍵按下部分。在keil軟件經(jīng)不斷改進(jìn)后，生成hex文件，再用開發(fā)板燒入程序，并通過(guò)stc-isp燒錄軟件燒錄后，最終得以完成。程序在開始之初是用簡(jiǎn)單的中斷延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于編歌曲來(lái)講需要很大的工作量，在網(wǎng)上查找大量的資料之后，找到了一個(gè)做音樂播放器的程序，他也是基于中斷延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)播放功能，但是他對(duì)于歌曲編輯的靈活性，有很大的發(fā)展空間，所以我就采用了他的部分程序。所以，主要考慮到的是如何在播放完一個(gè)音節(jié)

13、后，進(jìn)入在此等待狀態(tài)。對(duì)于該段程序中的主要保護(hù)手段，就是按鈕防治抖動(dòng)部分，因此在等待按鈕按下后，采用一小段的延遲程序，再次判定是否有按鈕的按下，再進(jìn)入播放程序。1）元器件的裝插焊接應(yīng)遵循先小后大，先輕后重，先低后高，先里后外的原則，這樣有利于裝配順利進(jìn)行。2）在瓷介電容、電解電容及三極管等元件立式安裝時(shí)，引線不能太長(zhǎng)，否則降低元器件的穩(wěn)定性；但也不能過(guò)短，以免焊接時(shí)因過(guò)熱損壞元器件。一般要求距離電路板面2mm，并且要注意電解電容的正負(fù)極性，不能插錯(cuò)。3）集成電路的焊接，在焊接時(shí)，首先要弄清引線腳的排列順序，并與線路板上的焊盤引腳對(duì)準(zhǔn)，核對(duì)無(wú)誤后，先固定IC，然后再重復(fù)檢查，確認(rèn)后再焊接其余腳位

14、。由于IC引線腳較密，焊接完后要檢查有無(wú)虛焊，連焊等現(xiàn)象，確保焊接質(zhì)量。4）焊錫之前應(yīng)該先插上電烙鐵的插頭，給電烙鐵加熱。5）焊接時(shí)，焊錫與電路板、電烙鐵與電路板的夾角最好成45度，這樣焊錫與電烙鐵夾角成90度。6）焊接時(shí)，焊錫與電烙鐵接觸時(shí)間不要太長(zhǎng)，以免焊錫過(guò)多或是造成漏錫；也不要過(guò)短，以免造成虛焊。7）元件的腿盡量要直，而且不要伸出太長(zhǎng)，以1毫米為好，多余的可以剪掉。8）焊完時(shí)，焊錫最好呈圓滑的圓錐狀，而且還要有金屬光澤9）設(shè)計(jì)裝上3節(jié) 5 號(hào)電池，確保電壓在4.5v5.5v之間，首先檢測(cè)電路板有無(wú)焊接短路，然后通電。確保萬(wàn)無(wú)一失！7 軟件設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)不像其他專業(yè)樂器那樣能奏出多

15、種音色的聲音，即不包含相應(yīng)幅度的諧振頻率。單片機(jī)演奏的音樂基本都是單音頻率。因此單片機(jī)演奏音樂比較簡(jiǎn)單，只需能清楚“音調(diào)”和“節(jié)拍”兩個(gè)概念即可。音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率。節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。知道了一個(gè)音符的頻率后，便可以讓單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)頻率的振蕩信號(hào)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的音符聲音。通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)行 定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中將單片機(jī)上完結(jié)單片機(jī)I/O口來(lái)回置高電平或者是低電平的，從而讓揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。通過(guò)節(jié)拍計(jì)算出每個(gè)音符所需要的時(shí)間，采用循環(huán)延時(shí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間，從而構(gòu)成一首完整的音樂。音調(diào)主要由聲音的頻率決定。對(duì)一定強(qiáng)度的純音，音調(diào)隨頻率的升降而升降；對(duì)

16、一定頻率的純音、低頻純音的音調(diào)隨響度增加而下降，高頻純音的音調(diào)卻隨響度增加而上升。音調(diào)的高低還與發(fā)聲體的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)榘l(fā)聲體的結(jié)構(gòu)影響了聲音的頻率。大體上，2000赫茲以下的低頻純音的音調(diào)隨響度的增加而下降，3000赫茲以上高頻純音的音調(diào)隨響度的增加而上升。例如，在音樂中常常把中音C上方的A音定位標(biāo)準(zhǔn)高音，其頻率F=440HZ，其余音均與其進(jìn)行比較。F1和F2為兩個(gè)音符，如果這兩個(gè)音符的頻率相差一倍時(shí)，也即F2=2*F1時(shí)，則稱F2比F1高一個(gè)頻程。在音樂中音符1與音符2，音符2與音符3等等之間正好相差一個(gè)倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個(gè)八度音。在一個(gè)八度內(nèi)，有12個(gè)半音。由于人耳的聽覺效果，這

17、12個(gè)音階的分度基本上是以對(duì)數(shù)的關(guān)系來(lái)劃分的。只要知道12個(gè)音符的音高，也就是其基本頻率，就可以根據(jù)音符之間的倍頻關(guān)系得到其他音符的基本音調(diào)頻率3。以標(biāo)準(zhǔn)高音A的頻率F=440HZ，其對(duì)應(yīng)的周期為：T=1/F=1/440=2272us因此需要在單片機(jī)I/O端口輸出周期為T=2272us的方波脈沖，也就是t=T/2=2272/2=1136us也就是說(shuō)，單片機(jī)上定時(shí)器的中斷出發(fā)時(shí)間為1136us。如果單片機(jī)采用定時(shí)器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖。設(shè)外接晶振的振蕩器頻率為f，則定時(shí)器的預(yù)置初始值有以下公式來(lái)確定：Temp=65536-(50000/CurrentFre)*10/(

18、12000000/SYSTEM_OSC)TH=Temp/256TL=Temp%2568 總結(jié)本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，在老師布置課題并講解了基本原理后，一個(gè)星期以來(lái)我查閱了許多有關(guān)此設(shè)計(jì)的資料，并通過(guò)與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，以及向老師請(qǐng)教等方式，最終基本完成了此次課程設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手

19、能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撍愕闹翟趯?shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的。這次電子課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)以前所學(xué)的電子電路知識(shí)既是鞏固又是發(fā)展，進(jìn)一步理解并加深了對(duì)所學(xué)的模擬及數(shù)字電子技術(shù)的認(rèn)識(shí)。學(xué)會(huì)了在實(shí)踐中運(yùn)用理論，用理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想。通過(guò)對(duì)課題的設(shè)計(jì)，訓(xùn)練了運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去思考問(wèn)題并聯(lián)系理論實(shí)際解決問(wèn)題的能力，提高了邏輯思維的能力。總之，通過(guò)這次電子課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了實(shí)際運(yùn)用理論的能力，懂得理論聯(lián)

20、系實(shí)際去處理問(wèn)題，也培養(yǎng)了吃苦耐勞的精神，為以后更好的學(xué)習(xí)和工作打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一次難得的實(shí)踐機(jī)遇，也是一個(gè)寶貴的精神財(cái)富。同行靠右注明公式序號(hào)，編號(hào)方法與圖相同公式：公式另起一行居中打印 表題在表上，小4號(hào)宋體，與圖的編號(hào)方法相同數(shù)據(jù)必須注明來(lái)源。表注小5號(hào)宋體和Times New Roman二類優(yōu)質(zhì)#參考文獻(xiàn)5號(hào)宋體和Times New Roman1 李學(xué)龍. 使用單片機(jī)控制的智能遙控電風(fēng)扇控制器J. 電子電路制作, 2003,9:1315.2 藍(lán)厚榮. 單片機(jī)的PWM控制技術(shù)J. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2010,23(3):97983 郭天祥. 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.

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