单片机课程设计电子音调发生器.docx
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单片机课程设计电子音调发生器
单片机课程设计报告
电子音调发生器
学院电子信息工程学院
1、题目
电子音调发生器
2、设计的任务及要求
利用JD51开发板上的按键S1~S4和蜂鸣器设计电子音调发生器，要求：
（1）利用JD51开发板上的按键S1~S4进行音调选择，即按下不同的开关产生不同的音调，依次按动S1~S4及组合按键，蜂鸣器发出1234567i八个音调；并在数码管上显示。
（2）编写2支歌曲，并可进行选择播放。
三、工作原理及设计思路
工作原理：
音节由不同频率的方波产生，音节与频率的关系通过查表可得。
要产生音频方波，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用计时器计时此半周期时间，每当计时到后就将输出方波的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚得到此频率的方波。
在JD51单片机上，产生方波的I/O脚选用P2.4，通过跳线选择器将单片机的P2.4与蜂鸣器的驱动电路相连。
这样P2.4输出不同频率的方波，蜂鸣器便会发出不同的声音。
另外，音乐的节拍是由延时实现的，如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒。
只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。
延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍。
每个音节相应的定时器初值X可按下法计算：
（1/2）*（1/f）=（12/fosc）*（256-x）
即x=256-（fosc/24f）
其中f:
音调频率，当晶振fosc=11.0592MHz时，音节“1”相应的定时器初值为x,则可得x=63777D=F921H其它的可同样求得。
表1
音调
频率（Hz）
X（HEX）
1
262
F921
2
294
F9E1
3
330
FA8C
4
349
FAD8
5
392
FB68
6
440
FBE9
7
494
FC5B
i
523
FC8F
设计思路
1.总体框图
硬件图
2.蜂鸣电路
模块由蜂鸣器驱动电路和89C51组成。
选择一只压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器工作时约需要100MA驱动电流。
当89C51输出为低电平时蜂鸣器产生蜂鸣音，89C51输出为高电平时，蜂鸣器不发声。
四、软件设计流程及描述
根据要实现的功能，流程图如下：
熟悉定时器和键盘扫描电路的工作原理及编程方法。
1．程序设计描述
电子音调主要的工作是将按键的信息读取，然后根据按键的数字，用定时器输出相对应的频率，实现音调的发生。
程序主要为5部分，按键扫描、中断计时、数码显示、音乐播放、主程序，他们分别执行不同的功能。
2.各部分功能介绍
（1）按键读取程序
键盘键值读取程序包括键盘扫描、消除抖动、键译码等容。
按键的识别主要有两种方法：
行反转法和行扫描法。
因为键盘为机械开关，容易引入抖动。
为了消除抖动干扰，在程序中要加入消除抖动的部分。
（2）中断计时
中断部分，中断定时器1主要负责输出不同频率的方波，产生声音，中断定时器1主要是计时按键时间及按键间隔时间的功能，在播放音乐的时候，还担任着播放音乐的节拍的任务。
（3）音乐播放
音乐播放部分主要是播放音乐，实现按键重播和播放程序里面的音乐的功能。
（4）主程序
主程序主要是随时发出按键的声音功能，并且通过不同P口的扫描，判断是否是播放按键声音还是播放音乐，还是继续发出按键声音。
五、proteus仿真设计及描述
按键S1：
数码管显示1，同时能听到蜂鸣器响音调1
按键S2：
数码管显示2，同时能听到蜂鸣器响音调2
按键S3：
数码管显示3，同时能听到蜂鸣器响音调3
按键S4：
数码管显示4，同时能听到蜂鸣器响音调4
因为音调5,6,7，i以及音乐都是由两个按键控制的，所以在仿真时不能实现。
实际效果图
音调1：
音调2
音调5
音调6
六、汇编源程序代码
/*SB11音SB22音SB33音SB44音SB1SB25音SB2SB36音SB3SB47音SB1SB4i音SB1SB3第一首歌SB2SB4第二首歌*/
ORG0000H
LJMPKEYP0;跳至KEYP0程序
KEYP0:
MOVR0,#00H;数据首地址
CLRTR0;TR0置零，定时未开始
SETBP2.4;关蜂鸣器
SETBP2.3;关数码管
W:
MOVR0,P3;扫描按键输入
CJNER0,#0FFH,KEYPO1;有输入时跳转（R0≠0FFH时跳至KEYP01程序）
JMPW;无输入时继续扫描
KEYPO1:
CJNER0,#0FBH,KEYPO2;输入1音,非1音跳转
SETBP2.4;蜂鸣器置于高电平，音调1方波发生
MOVR3,#200;设循环初值，使开关在R3=0时播放一段时间
MAIN01:
MOVTMOD,#01H;定时，方式1
MOVTL0,#21H;置定时初值，音调1初值为0F921H
MOVTH0,#0F9H
SETBTR0;启动T0工作
WAIT1:
JNBTF0,WAIT1;定时未到，循环等待
CLRTF0;定时到，软件清零TF0
CPLP2.4;由P2.4输出，信号取反，蜂鸣器响
CLRP2.3;数码管显示1
MOVA,#11111001B;置比较初值
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN01;若R3-1不等于0，继续跳至MAIN01程序
LJMPKEYP0;=0则返回程序KEYP0
KEYPO2:
CJNER0,#0F7H,KEYPO3;输入2音,非2音跳转
SETBP2.4;蜂鸣器置于高电平，音调2方波发生
MOVR3,#200;设循环初值
MAIN02:
MOVTMOD,#01H;定时，方式1
MOVTL0,#0E1H;置定时初值
MOVTH0,#0F9H
SETBTR0;启动T0工作
WAIT2:
JNBTF0,WAIT2;定时未到，循环等待
CLRTF0;定时到，软件清零TF0
CPLP2.4;由P2.4输出，信号取反，蜂鸣器响
CLRP2.3;数码管显示2
MOVA,#10100100B;置比较初值
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN02;判断R3是否等于0，未完，继续
LJMPKEYP0;返回程序KEYP0
KEYPO3:
CJNER0,#0EFH,KEYPO4;输入3音,非3音跳转
SETBP2.4;蜂鸣器置于高电平
MOVR3,#200
MAIN03:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#08CH
MOVTH0,#0FAH
SETBTR0
WAIT3:
JNBTF0,WAIT3
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#10110000B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN03
LJMPKEYP0
KEYPO4:
CJNER0,#0DFH,KEYPO5;输入4音,非4音跳转
SETBP2.4
MOVR3,#200
MAIN04:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#0D8H
MOVTH0,#0FAH
SETBTR0
WAIT4:
JNBTF0,WAIT4
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#10011001B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN04
LJMPKEYP0
KEYPO5:
CJNER0,#0F3H,KEYPO6;输入5音,非5音跳转
SETBP2.4
MOVR3,#200
MAIN05:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#068H
MOVTH0,#0FBH
SETBTR0
WAIT5:
JNBTF0,WAIT5
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#10010010B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN05
LJMPKEYP0
KEYPO6:
CJNER0,#0E7H,KEYPO7;输入6音,非6音跳转
SETBP2.4
MOVR3,#200
MAIN06:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#0E9H
MOVTH0,#0FBH
SETBTR0
WAIT6:
JNBTF0,WAIT6
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#10000010B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN06
LJMPKEYP0
KEYPO7:
CJNER0,#0CFH,KEYPO8;输入7音,非7音跳转
SETBP2.4
MOVR3,#200
MAIN07:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#05BH
MOVTH0,#0FCH
SETBTR0
WAIT7:
JNBTF0,WAIT7;定时未到，循环等待
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#11111000B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN07
LJMPKEYP0
KEYPO8:
CJNER0,#0DBH,KEYPO9;输入i音,非i音跳转
SETBP2.4
MOVR3,#200
MAIN08:
MOVTMOD,#01H
MOVTL0,#08FH
MOVTH0,#0FCH
SETBTR0
WAIT8:
JNBTF0,WAIT8;定时未到，循环等待
CLRTF0
CPLP2.4
CLRP2.3
MOVA,#10000000B
MOVP0,A
DJNZR3,MAIN08
LJMPKEYP0
KEYPO9:
CJNER0,#0EBH,KEYPO10;跳转到第一首歌程序
LJMPMUSTART1
KEYPO10:
CJNER0,#0D7H,JIELI;跳转到第二首歌程序
LJMPMUSTART2
JIELI:
JMPKEYP0;返回主程序
MUSTART1:
;歌曲1的播放程序
MOVR0,#00H;节拍表指针置零
MOVR1,#00H;音符表指针置零
RTAB:
MOVA,R0
MOVDPTR,#RYTH;将节拍表记入DPTR指针
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个节拍数据取出放R2计数器中
MOVR2,A;将节拍存入R2
TTAB:
MOVA,R1
MOVDPTR,#TONE;将音符记入DPTR
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个音符数据取出放入R1计数器中
MOVR3,A;取出音符表高8位，存入R3
INCR1;指针加1
MOVA,R1
MOVDPTR,#TONE;将音符记入DPTR
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个音符数据取出放入R1计数器中
MOVR4,A;取出低8位，存入R4
SETBP2.4;输出相应音调的方波
LOOP:
MOVR5,#3BH
MAIN:
MOVTMOD,#01H;主程序初始化，定时器T0工作于方式1
MOVTL0,R4;置定时初值（音符）
MOVTH0,R3
SETBTR0;启动T0
WAIT:
JNBTF0,WAIT;定时未到，循环等待
CLRTF0;定时到，软件清零TF0
CPLP2.4;由P2.4输出，信号取反，蜂鸣器响
MAYA:
JBP3.2,MAYB;判断P3.2口是否有为1,为1则跳至MAYB
JBP3.4,MAYB;判断P3.4口是否有为1,为1则跳至MAYB
LJMPRA;P3.4口为0则跳转到程序RA
MAYB:
JBP3.3,JIELI;判断P3.3口是否有为1
JBP3.5,JIELI;判断P3.5口是否为1（为1则继续播放第一首歌）
LJMPMUSTART2;P3.5口为0则放第二首歌
RA:
DJNZR5,MAIN;无打断则继续放第一首歌
DJNZR2,LOOP;判断R2是否等于0
INCR0;两个表的指针都加1
INCR1
CJNER1,#88,RTAB;判断是否取完（R1不等于88则跳至RTAB程序）
LJMPKEYP0
;音符表
TONE:
DB0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
DB0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
DB0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
;节拍表
RYTH:
DB04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
DB04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB04,04,04,04
MUSTART2:
;歌曲2的播放程序
MOVR0,#00H;节拍表指针置零
MOVR1,#00H;音符表指针置零
RTAB2:
MOVA,R1
MOVDPTR,#TABLE1;将节拍表记入DPTR指针
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个节拍数据取出放R2计数器中
MOVR2,A;将节拍存入R2
TTAB2:
MOVA,R1
MOVDPTR,#TONE2;将音符记入DPTR
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个音符数据取出放入R1计数器中
MOVR3,A;取出音符表高8位
INCR1;指针加1
MOVA,R1
MOVDPTR,#TONE2;将音符记入DPTR
MOVCA,A+DPTR;查表法将一个音符数据取出放入R1计数器中
MOVR4,A;取出低8位
SETBP2.4;输出相应音调的方波
LOOP2:
MOVR5,#9BH
MAIN2:
MOVTMOD,#01H;主程序初始化，定时器T0工作于方式1
MOVTL0,R4;置定时初值
MOVTH0,R3
SETBTR0;启动T0
WAITR:
JNBTF0,WAITR;定时未到，循环等待
CLRTF0;定时到，软件清零TF0
CPLP2.4;由P2.4输出，信号取反，蜂鸣器响
MAYA1:
JBP3.3,MAYB1;判断P3.3口是否为1
JBP3.5,MAYB1;判断P3.5口是否为1
LJMPRB;P3.5口为0则跳转到程序RA
MAYB1:
JBP3.2,BACK;判断P3.2口是否有为1
JBP3.4,BACK;判断P3.4口是否有为1
LJMPMUSTART1;P3.2,3.4口皆为0则播放第一首歌
BACK:
LJMPJIELI
RB:
DJNZR5,MAIN2;无打断则继续播放第二首歌
DJNZR2,LOOP2;判断R2是否等于0
INCR0;两个表的指针都加1
INCR1
CJNER1,#64,RTAB2;判断是否取完
LJMPKEYP0
;音符表
TONE2:
DB0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
DB0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
DB0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
;节拍表
TABLE1:
DB04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
DB04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB04,04,04,04
END
七、课程设计总结及体会
编完程序及调试时，遇到的几个问题以及解决办法。
问题一：
刚开始接通电源时，单片机就开始发出声音，为了解决这个问题，我将程序里加入了SETBP2.4这步程序，把蜂鸣器的初值设定为1。
问题二：
按完S1按键时，未发出音调1，这是由于我未将蜂鸣器置于高电平，加上SETBP2.4后，问题解决。
问题三：
按按键S2时，数码管第一位而不是第四位出现数字2，不过我之后发现是因为我将本应是CLRP2.3的程序写成了CLRP2.0，改变后，数码管显示正常。
问题四：
最开始我并未在程序中设置循环扫描按键输入这部分程序。
因此在按按键S1发出音调1后，按按键S2~S4音调2、3、4等等都不会发出相应的音调。
检查完程序，发现原因，再加入循环扫描按键输入这部分程序，问题得到解决。
总结及体会
此次实验的硬件电路是固定的，控制按键有4个：
S1~S4，还有复位按键，晶振电路，蜂鸣器。
在电脑上安装Keil软件以及proteus软件及它们的联调不是很困难，只要照着安装调试视频即可，焊单片机的板子过程还是比较简单的，只需要把每个原件焊到正确的位置即可，再加上把芯片改为调试模式。
用电脑上的软件测试单片机芯片时，我使用的是跑马灯程序，程序运行正确，这些都不是很困难，而困难的是程序的编写以及调试。
本次程序的编写，我首先明确自己要实现的功能，之后进行整体规划，将程序分为四大部分，
（1）按键读取程序
（2）中断计时，中断部分，中断定时器1主要负责输出不同频率的方波，产生声音，中断定时器1主要是计时按键时间及按键间隔时间的功能，在播放音乐的时候，还担任着播放音乐的节拍的任务。
（3）音乐播放主要是实现按键重播和播放音乐。
（4）主程序，主程序主要是随时发出按键的声音功能，并且通过不同P口的扫描，判断播放按键声音还是播放音乐。
再逐步设计每个部分的程序，设计各个端口怎么用，定时器怎么来分，编写程序来实现需要的功能。
在编写程序时，对于我来说是有些困难的，因为单片机的课程是从第九周开始上，老师讲课大概只用了4、5周的时间，课讲得很快在此之前，我没有上过微机原理的课程，所以对此课程理解起来比较困难。
我不是十分了解汇编语言，所以在编程序的时候，对汇编语言运用比较艰难。
通过查阅相关资料以及学习，我最终编写出了这个程序，我觉得，这次写程序有很多收获，通过编写程序，我再一次复习了单片机的知识，对于定时器有了更多了解，了解了更多语句的用法，复习了定时器方式1初值的计算方法，。
焊接单片机板子的过程培养了我的动手能力，并且通过这次程序的编写使我更加了解了汇编语言，提高了我编写以及调试程序的能力，加深了我对与单片机原理与应用这门课的理解和学习。
十、参考文献
1.《单片机原理与应用》戴胜华等著，：
清华大学、交通大学，2006
2.《汇编语言程序设计》2008
3.《MCS-51系列单片机实用编程》贺哲荣,甄旭编著：
电力，2010
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