河南理工大学河南理工大学河南理工大学单片机应用与仿真训练单片机应用与仿真训练设计报告设计报告题目：基于题目：基于 AT89S52 单片机的电子琴设计单片机的电子琴设计姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院 2012 年 5 月 18 日河南理工大学本科课程设计报告1摘摘 要要单片机即单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer ），是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。其中 51 单片机是各种单片机中最为典型和最有代表性的一种,广泛应用于各个领域。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。而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 AT89S52 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、蜂鸣器等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有 11 个按键和蜂鸣器，利用蜂鸣器作为发声部件，两个数码管作为显示部件，实现高音、中音、低音的 1、2、3、4、5、6、7 的发声与显示，并存储一首歌曲的内容，可实现自动播放。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，可以利用不同的频率的组合，构成我们所要的设定的音乐，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，只要将一首歌曲的音阶对应频率关系对照即可。本文主要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的硬件组成。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。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。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，性价比高等，具有一定的实用和参考价值。目录目录河南理工大学本科课程设计报告21 1 概述概述31.1 课题开发背景31.2 设计任务与要求3 2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计4 2.1 系统组成及总体框图4 2.2 硬件电路图4 2.2.1 电路总接线图4 2.2.2 单片机最小应用系统5 2.2.3 数码管显示模块7 2.2.4 按键及声音控制模块7 2.3 元件介绍8 2.3.1AT89S528 2.3.2 LED 数码管10 3 3 软件设计软件设计12 3.1 音乐相关知识简述12 3.2 利用单片机实现节拍控制原理12 3.3 系统总体功能流程图13 4 4 ProteusProteus 软件仿真软件仿真14 4.1 仿真图形144.2 系统调试14 4.2.1 软件仿真调试144.2.2 软件调试15 5 5 课程设计体会课程设计体会16 参考文献参考文献16附：源程序代码附：源程序代码171 概述概述河南理工大学本科课程设计报告31.1 课题开发背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作,因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。不但可以实现对乐曲的演奏，同时还具有存储音乐、播放歌曲以及显示按键的功能，使该设计功能更加完善。1.2 设计任务与要求利用所给键盘的 1，2，3，4，5，6，7，七个按键，能够发出 7 个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。2 2 系统总体方案及硬件设计系统总体方案及硬件设计河南理工大学本科课程设计报告42.1 系统组成及总体框图该设计方案是通过按键随意按下所要表达的音符，作为电平送给主体电路， 中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。通过这样 可以不断的弹奏我们想要的音符或者是音调，电路由复位电路，指示灯电路， 和功能按键电路组成，通过功能键可以选择播放音乐或者弹奏音节，硬件主要 有下面几个部分组成。功 能 选 择 (弹奏/播放)图 2-1 电子琴硬件设计框图在本设计中，采用 P1.0-P1.6 口作为七个音符的输入，通过按下其中任一个键实现 1,2,3,4,5,6,7 的演奏，P3.0-P3.3 口四位作为按键输入实现低、中、高音切换，P0、P2 口作为显示输出，实现音符显示和音调显示，P3.4 接蜂鸣器作为声音输出，实现音符发声和音乐歌曲播放功能。2.2硬件电路图2.2.1 电路总接线图 如图所示，本设计包括单片机芯片 AT89S52 最小应用系统、键盘输入电路、数码管显示电路、蜂鸣器发声电路等模块组成。键盘输入AT89S52单片机蜂鸣器发 声数码管显示河南理工大学本科课程设计报告5图 2.1 电路总接线图2.2.2 单片机最小应用系统单片机加上适当的外围器件（保证单片机系统运行的最小外围器件）和应用程序，构成的应用系统称为最小系统。包括单片机、复位电路和时钟电路，图 2.2 单片机最小应用系统接线图河南理工大学本科课程设计报告6复位电路采用按键复位方式，若要复位，只需按下复位按钮，此时电源Vcc 经电阻器 R1、R2 分压，在 RST 端产生一个复位高电平。图 2.3 按键复位电路图时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身如同一个复杂的同步时序逻辑电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。AT89S52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和 XTAL2 上外接时钟源即可构成时钟电路图 2.4 时钟电路图河南理工大学本科课程设计报告72.2.3 数码管显示模块数码管显示模块核心是共阳级数码管，通过来自单片机 I/O 口的电平高低来点亮和熄灭数码管上的发光二极管，通过单片机送来的数码管显示编码可以在数码管上显示数字和字符，可以很容易地理解按键按下所对应的音符。图 2.5 数码管显示模块电路原理图2.2.4按键及声音控制模块如图 2.6、2.7 所示，音节按键从 P1 口进行输入，实现1,2,3,4,5,6,7，播放。音调切换按键从 P3.0-P3.3 口输入，实现高、中、低音切换及音乐歌曲播放控制。蜂鸣器接 P3.4 实现声音输出。图 2.6 按键输入电路图河南理工大学本科课程设计报告8图 2.7 音调切换按键输入及发声输出电路图2.3 元件介绍2.3.1 AT89S52一、功能特性：AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止1。二、主要性能：与 MCS-51 单片机产品兼容、8K 字节在系统可编程 Flash存储器、1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz 、三级加密程序存储器 、32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器八个中断源、全双工 UART 串河南理工大学本科课程设计报告9行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符2。三、管脚说明:VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也