八路彩灯设计

学生姓名 题 目 课题性质 指导教师 工程设计 专业班级 学号 51单片机的简易电子琴设计 题目来源 同组姓名 自拟 设计一个51单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。要求: 主要内容 1 设计51单片机最小系统SI DO; 能播放示范曲； 3. 能够调节低音、高音和中音。 1． 根据功能要求选择设计方案，并进行论证。 任务要求 2． 画出电路的总体方框图和电路原理图。 3． 说明系统工作原理，对系统进行调试。 4． 写出课程设计报告。 1． 单片机技术有关教材 参考文献 2． 电路设计手册 3． 其他资料 指导教师签字： 审查意见 教研室主任签字： 年 月 日

一、课程设计简介

本课程设计设计要求用一个51单片机系统实现简易电子琴操

单片机课程设计

作。需要设计51单片机最小系统；至少设置10个按键，能发出do re mi fa sol la SI DO;能播放示范曲；能够调节低音、高音和中音。

本方案以ATC51单片机作为主控核心，采用键盘与扬声器模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有11个按键和扬声器.其中八个按键负责do re mi fa sol la SI DO的发音，两个按键负责升高或降低音阶，一个按键负责示例音乐的播放。 二、任务分析与总体设计

利用程序来控制单片机某个口线不断的输出“高”“低”电平，则在该口线上就能产生一定频率的方波，将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音，控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出波形的频率，从而改变音调。 乐曲中，每一音符对应着确定的频率，如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音。

根据此原理设计，对于ATC51单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时间再输出低电平，如此循环的输出就会产生一定频率的方波，通过改变延时的时间就可以改变输出方波的频率。

使用单片机的定时／计数器延时能产生精准的频率。ATC51单片机内部有两个16位的定时／计数器T0和T1，单片机的定时／计数器实际上是个计数装置它既可以对单片机的内部晶振驱动时钟

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51单片机的简易电子琴设计

计数也可以对外部输入的脉冲计数，对内部晶振计数时称为定时器，对外部时钟计数时称为计数器。当对单片机的内部晶振驱动时钟计数时，每个机器周期定时／计数器的计数值就加1，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU；对外部输入的时钟信号计数时，外部时钟的每个时钟上升沿定时／计数器的计数值就加1，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU。因此，如果知道单片机的机器周期或者外部输入时钟信号的周期，单片机就可以根据定时器的计数值计算出定时的时间。用此方法定时十分准确，想得到多大的延时时间就可以给定时器赋一定的计数初值，定时器从预先设置的计数初值开始不断增1当增加到计数最大值时计数完毕，调整计数初值的大小就可以调整定时器定时的时间，从而达到准确的延时。 三、硬件设计 发声电路简介

发声电路是这次设计的电路中的一个重要的组成部分，它承担着

把单片机所产生的声音信号放大并输出的重要作用。因为此次课程设计仅仅需要仿真演示，对音质及声音大小要求不高，发生电路没有采用放大电路。

扬声器一端接P3.7，另一端接地，即能满足发生要求。

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单片机课程设计

键盘电路简介

键盘电路作为简易电子琴系统中的输入设备，在系统中承担着把

操作人员想要输入的信号输入单片机的重要作用，因为此次课程设计中单片机端口富裕，使用键盘完全恁满足使用要求，因此八个发生按键全部设置在p1口，两个调节音阶及示例音乐按键设置在p2口。整个电路是共阴极接法。

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51单片机的简易电子琴设计

四、软件设计 系统程序狂徒如下：

开始

初始化 是否有键按下

防抖动程序

键盘服务程序

五．程序源代码详解 发声程序 头文件、按键及相关变量的定义 结束 #include #define uchar unsigned char sbit key1=P1^0;//按键do sbit key2=P1^1;//按键re sbit key3=P1^2;//按键mi

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单片机课程设计

sbit key4=P1^3;//按键fa sbit key5=P1^4;//按键so sbit key6=P1^5;//按键la sbit key7=P1^6;//按键ti sbit key8=P1^7;//按键do sbit keyu=P2^0;//按键升高音阶 sbit keyd=P2^3;//按键降低音阶 sbit keym=P2^6;//按键示例音乐 sbit speaker=P3^7;//定义音乐输出端口 uchar timer0h,timer0l,time;

音阶发生频率表的制作

在12Mhz晶振频率下计数初值T与各个音调的对应关系如下表。

音符

频率（HZ） 简谱码（T

值）

低1 DO

262

63628

# 4 FA#

740

音符

频率（HZ） 简谱码（T

值） 860

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51单片机的简易电子琴设计

#1 DO# 低2 RE #2 RE#

低 3 M 低 4 FA # 4 FA#

低 5 SO # 5 SO# 低 6 LA # 6 低 7 SI

中 1 DO # 1 DO# 中 2 RE

277 63731 294 63835 311 63928 330 021 349 103 370

185

392 260 415

331

440 400 466 463 494

524

523 580 554

633

587 684 中 5 SO # 5 SO# 中 6 LA # 6 中 7 SI 高 1 DO # 1 DO# 高 2 RE # 2 RE# 高 3 M 高 4 FA

# 4 FA# 高 5 SO # 5 SO# 784 8

831 934

880 968

932 994

988 65030 1046

65058

1109 65085 1175

65110

1245 65134

1318 65157 1397

65178

1480 65198 1568

65217

1661 65235

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单片机课程设计

# 2 RE# 622 732 高 6 LA 1760 65252

中 3 M 中 4 FA

659 698

777 820

# 6 高 7 SI

1865 1967

65268 65283

由TL0 = (65536 - T) % 256，TH0 = (65536 - T) / 256可得各个音调与定

时器对应的值。所以音阶频率高八位与低八位对应的数组表如下：

code uchar FREQH[]={

0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8, 0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,

0xFC,0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,

0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,

} ;// 音阶频率表 高八位

code uchar FREQL[]={

0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6, 0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,

0x8F,0xEE,0x44,0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,

0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16,

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51单片机的简易电子琴设计

}; // 音阶频率表 低八位

音乐函数每个音节又三个数字组成，第一个数字决定音调，第二个数字决定音调搞定，第三个数字决定改音调音节长短。下面为《我是一个粉刷匠》的音乐数组。 code uchar song[]={

5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 1,2,2, 2,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,1, 5,2,2, 0,0,0, 5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 1,2,2, 2,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,2, 0,0,0, 2,2,1, 2,2,1, 4,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 1,2,1, 5,2,2, 2,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,1, 5,2,2, 0,0,0, 5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 5,2,1, 3,2,1, 1,2,2, 2,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,2, 0,0,0, 5,2,2, 3,2,2, 5,2,2, 3,2,2, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,3, 2,2,1, 4,2,1, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,2};//世上只有妈妈好

音乐播放时每个音节对应的时间不一样，此时需要有一个无符号变量的掩饰函数：

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void delay(uchar t) { uchar x; uchar y; for(x=0;xfor(y=0;y<5000;y++); }

}

不同的频率对应不同的音调，定时器函数决定了电子琴音调的发生频率，一下为定时器函数。 void int0() {

TMOD=1; TH0=timer0h; TL0=timer0l;

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EA=1;

ET0=1; TR0=1; }

中断函数是在定时器函数执行完后对音乐输出端口不断取反，从delay(time);

而实现不同音调的输出。 void t0int() interrupt 1 { }

主函数中包含键盘检测程序和音乐发生程序。音阶加减按键按下时音调按键中对数组的取值往前或往后推七位，从未实现音阶高低的调节。音乐发生函数对音乐数组中三个一组取值，前两个数字决定音调高低，第三个数字决定发生时间长短。

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TH0=timer0h; TL0=timer0l; speaker=!speaker;

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void main() { uchar m,i; int k;

k=1;

while(1) { if(!keym) { i=0; while(i<192) {

m=song[i]+7*song[i+1]-1; timer0h=FREQH[m]; timer0l=FREQL[m];

time=song[i+2];

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i=i+3;

int0(); TR0=0;

}

}

if(!keyu) { } if(!keyd)

while (keym==0) { i=192; } k++; if(k==4) k=1;

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{ k--; if(k==0) k=3;

}

if(!key1) { timer0h=FREQH[7*k-7]; timer0l=FREQL[7*k-7]; int0();

while (key1==0); TR0=0;

}

if(!key2) {

timer0h=FREQH[7*k-6];

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timer0l=FREQL[7*k-6]; int0();

while (key2==0); TR0=0;

}

if(!key3) { timer0h=FREQH[7*k-5]; timer0l=FREQL[7*k-5]; int0();

while (key3==0); TR0=0;

}

if(!key4) {

timer0h=FREQH[7*k-4];

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timer0l=FREQL[7*k-4]; int0();

while (key4==0); TR0=0;

}

if(!key5) { timer0h=FREQH[7*k-3]; timer0l=FREQL[7*k-3]; int0();

while (key5==0); TR0=0;

}

if(!key6) {

timer0h=FREQH[7*k-2];

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timer0l=FREQL[7*k-2]; int0();

while (key6==0); TR0=0;

}

if(!key7) { timer0h=FREQH[7*k-1]; timer0l=FREQL[7*k-1]; int0();

while (key7==0); TR0=0;

}

if(!key8) {

timer0h=FREQH[7*k];

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}

}

}

timer0l=FREQL[7*k]; int0();

while (key8==0); TR0=0;

五、仿真验证

在KIEL中对程序进行编译，并生成HEX文件供仿真调试使用。用Proteus 7 Professional建立电路原理图，如下图所示。双击单片机将HEX文件装入ATC51单片机，点击运行按键，开始仿真。按动按键检验各个程序是否能正常运行。

经调试本设计能实现所要求的所有内容，P1口八个按键对应do

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re mi fa sol la SI DO八个音调，P2.0与P2.3对应的按键分别为升高和降低音阶。P2.6对应示例音乐。

六、体会总结

本次的课程设计简易电子琴既要用到以前低频电路、电路原理所学的硬件电路的知识，既包括选择、使用和维护，又要用到C51单片机中程序及C语言的编写、调试等内容。因此这就要求我们对以前所学的知识不仅要懂，而且会用，特别是要能把软硬结合起来使

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单片机课程设计

用。

在经过老师精心的指导和自己的刻苦钻研，终于完成了流程图。本设计的任务是做出硬件部分并写出相应的控制程序，在前期我找了大量的资料确定了设计方案，也在参考书上搜集所需功能子程序，然后生搬硬套的加以连接，就以为万事大吉了。在调试的过程中才发现，因为所用的子程序的地址会发生冲突，或者那些子程序不适合我们所选的元件，错误总是一大堆。在这种情况下，只得再重新分析硬件电路的工作原理，直到完全搞懂了各个组成模块的工作原理及工作过程后，才从整体上把握该设计所要实现的功能及其工作方式。并且按需要查阅了大量的C语言资料。才能使软件程序的设计符合要求，编出符合自己的设计，与硬件很好的结合。

在没做课程设计之前，我对于单片机这门课的认识并不是很深，但是通过这次课程设计我学到了许多平时不了解的知识，例如对硬件和软件的设计思想有了深刻的理解，另外了解了电子产品开发的全过程。

通过这次课程设计，使我了解到，课程设计不是对单一的某一门课的知识的应用，而是对大学里所学的多门课的知识的综合应用；也不是对各门课的理论知识的简单组合，而是将这些知识运用到实践中去。这次课程设计使我将大学三年来所学的知识联贯复习一遍。在应用中更加深刻地理解和掌握了，更重要的是，它使的我们对学科之间的相互联系和应用有了一定的基础，同时，更深刻理解了严谨的科学

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51单片机的简易电子琴设计

学习态度是设计的根本。

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