51单片机作业.docx
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51单片机作业
《单片机原理及开发》大作业
设计题目:
基于单片机的可演奏电子琴设计
系别:
专业:
年级:
学号:
学生姓名:
评阅人:
提交时间:
年月日
评阅时间:
年月日
一、系统功能
电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器。
它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用AT89c51单片机为核心控制元件,设计一个电子琴。
以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,在主控模块上设有16个按键和扬声器。
本系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等,具有一定的实用和参考价值。
本系统设计制作一个可演奏的电子琴。
综合应用了两项设计。
(1)键盘矩阵识别。
即矩阵扫描,显示当前按键。
(2)不同频率音符播放。
可以通过按键控制16种发音。
二、硬件设计
本系统由键盘矩阵、LED显示管、扬声器这几个部分组成,LED显示管显示当前按键,扬声器发出对应音符。
硬件总体设计图如下:
LED显示模块如图所示,利用AT89c51单片机的P0端口的P0.0-P0.7连接到一个七段数码管的a-h的笔段上,数码管的公共端接电源。
矩阵扫描显示当前按键模块如下:
矩阵扫描扬声器发出对应音符模块如下:
矩阵键盘模块如下:
三、软件设计
本系统的软件总的流程图如下:
系统总程序:
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//共阳极数码管编码
ucharcodeDSY_Table[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,ox80,//0,1,2,3,4,5,6,7,8
0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xBF};//9,A,B,C,D,E,F,-
//各音符对应的延时
uintcodeTone_Delay_Table[]=
{64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,
64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178};
sbitBEEP=p3^0;//蜂鸣器
ucharKeyNo;//按键序号
//-------------------------
//延时
//-------------------------
voidDelayMS(ucharx)
{
uchari;
while(x--)for(i=0;i<120;i++);
}
//----------------------------------
//键盘矩阵扫描子程序
//----------------------------------
voidKeys_Scan()
{
ucharTmp,k;
//高四位置0,放入四行
p1=0x0F;
DelayMS
(2);
//按键后00001111将变成0000XXXX,X中1个为0,3个仍为1
//下面的异或操作会把3个1变成0,唯一的0变成1
Tmp=p1^0x0F;
//判断按键发生于0~3列中的哪一列
switch(Tmp)
{
case1:
k=0;break;
case2:
k=1;break;
case4:
k=2;break;
case8:
k=3;break;
default:
return;//无键按下
}
//低四位置0,放入四列
p1=0xF0;
DelayMS
(2);
//按键后11110000将变成XXXX0000,X中1个为0,3个仍为1
//下面的表达式会将高四位移至低四位,并将其中唯一的0变为1,其余为0
Tmp=(p1>>4)^0x0F;
//对0~3行分别附加起始值0,4,8,12
switch(Tmp)
{
case1:
k+=0;break;
case2:
k+=4;break;
case4:
k+=8;break;
case8:
k+=2;break;
default:
return;
}
KeyNo=k;
}
//------------------------------------------------
//定时器0中断程序,不同频率的声音由该中断产生
//------------------------------------------------
voidPlay_Tone()interrupt1
{
TH0=Tone_Delay_Table[KeyNo]/256;
TL0=Tone_Delay_Table[KeyNo]%256;
BEEP=~BEEP;
}
//--------------------------------------------
//主程序
//--------------------------------------------
voidmain()
{
p0=0xBF;//初始显示“-”
TMOD=0x01;
IE=0x82;
while
(1)
{
p1=0xF0;//发送扫描码
if(p1!
=0xF0)//如果有键按下
{
Keys_Scan();//扫描键盘矩阵
p0=DSY_Table[KeyNo];//显示按键
TR0=1;//启动定时器,根据KeyNo发音
}
else
{
TR0=0;//停止播放
}
DelayMS
(2);
}
}
I/O并行口直接驱动LED显示
把“AT89C51”区域中的P2.0/A8-P2.7/A15端口用8芯排线连接到一位数码管的a-h端口上;要求:
P2.0/A8与a相连,P2.1/A9与b相连,P2.2/A10与c相连,……,P2.7/A15与h相连。
在本设计中,数码管的显示通过
P2=DSY_CODE[k]
这句语言来查表并输出,实现音符的显示。
表1字形码表及对应的音符
1
0x3f
低5SO
9
0x7f
中6LA
2
0x06
低6LA
A
0x6f
中7SI
3
0x5b
低7SI
b
0x77
高1DO
4
0x4f
中1DO
C
0x7c
高2RE
5
0x66
中2RE
D
0x39
高3M
6
0x6d
中3M
E
0x5e
高4FA
7
0x7d
中4FA
F
0x79
高5SO
8
0x07
中5SO
0
0x71
高6LA
扬声器:
一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
若要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),再将此周期除以2,即为半周期的时间。
利用定时器计时半周期时间,每当计时终止后就将P3.7反相,然后重复计时再反相。
就可在P3.7引脚上得到此频率的脉冲。
利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式(MODE1)下,改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶,例如,频率为523Hz,其周期T=1/523=1912μs,因此只要令计数器计时956μs/1μs=956,每计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523Hz)。
计数脉冲值与频率的关系式是:
N=fi÷2÷fr
式中,N是计数值;fi是机器频率(晶体振荡器为12MHz时,其频率为1MHz);fr是想要产生的频率。
其计数初值T的求法如下:
T=65536-N=65536-fi÷2÷fr
例如:
设K=65536,fi=1MHz,求低音DO(261Hz)、中音DO(523Hz)、高音DO(1046Hz)的计数值。
T=65536-N=65536-fi÷2÷fr=65536-1000000÷2÷fr
=65536-500000/fr
低音DO的T=65536-500000/262=63628
中音DO的T=65536-500000/523=64580
高音DO的T=65536-500000/1046=65058
我们要为这个音符建立一个表格,单片机通过查表的方式来获得相应的数据:
uintcodeTone_Delay_Table[]=
{64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,
64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178};
矩阵键盘的按键识别方法:
确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。
行扫描法行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法,是一种最常用的按键识别方法,如上图所示键盘,介绍过程如下。
1、判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平,然后检测列线的状态。
只要有一列的电平为低,则表示键盘中有键被按下,而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。
若所有列线均为高电平,则键盘中无键按下。
2、判断闭合键所在的位置在确认有键按下后,即可进入确定具体闭合键的过程。
其方法是:
依次将行线置为低电平,即在置某根行线为低电平时,其它线为高电平。
在确定某根行线位置为低电平后,再逐行检测各列线的电平状态。
若某列为低,则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
四、设计总结
将程序导入AT89C51芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。
本课题通过制作电子琴,将几个模块很好的融合起来,对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏想要表达的音乐。
说明一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,于是我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号,因此,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可,然后我们利用功放电路来将音乐声音放大,同时通过显示模块来确知自己所弹的音符。
通过这次课程设计,我感觉收获了很多:
首先,通过实践,加深对单片机系列知识及其系统的认识。
这个设计题目并不是新的,但从中能体现到一个系统开发设计的过程,足于让我们受益。
第二,通过设计学习到了很多软件的使用。
本次设计,软件部分用到了proteus进行硬件设计,用keil4进行程编译。
第三,提高了自己的动手能力。
动手在一定程度上反映了一个人的能力,作为当代大学生,社会要求的我们不是只能说而不能做的人才;三能人才标准更让我们清醒地认识到,实际动手能力无比重要。
从这次实物制作中,我的动手能力提高了。
感谢学院给了我们这次实践动手的机会,更感谢我们的郭老师教会了我们单片机相关知识。
本设计还可以扩展其他功能,比如记忆功能,即可以存储弹奏者所弹奏的音乐且保存,待弹奏完后播放给弹奏者听。
还可以做得更加娱乐一点,增加一些彩灯使彩灯随着音调变化而产生不同的样式。