基于AT89S52的玩具电子琴设计

基于AT89S52的玩具电子琴设计摘要：随着电子技术的发展，数字系统正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。其中尤其单片机技术的不断发展，使得单片机在日用生活用品中的应用越来越广泛。本文利用AT89S52单片机，设计了一种玩具电子琴，该电子琴除了可以演奏1-8八个音符以外，还可以自动播放两首歌曲，是单片机的又一扩展应用。本文详细介绍了电子琴的工作原理及硬件软件设计，并制作了实物，测试结果显示，系统运行良好。关键词：单片机蜂鸣器音乐Abstract:Withthedevelopmentofelectronictechnology,digitalsystemismovingfast,largecapacity,thevolumeandtheweightofthelightdirection.Underitsimpetus,themodernelectronicproductspenetratedalmosteveryfieldofthesociety,astrongimpetustothedevelopmentofsocialproductivityandtheimprovementofsocialinformation-baseddegree,simultaneouslyalsomakesthemodernelectronicproductstofurtherimprovetheperformance,productupgradingareincreasinglyfastpace.Developmentespeciallycomputertechnology,themicrocomputerapplicationsindailylifesuppliesmoreandmorewidelyinthe.Inthispaper,usingAT89S52microcontroller,designatoyelectronicorgan,theorgan,inadditiontoplayingeightnotes,canalsoautomaticallyplaytwosongs,isanextendedapplicationofmcu.Thispaperintroducestheworkingprincipleandhardwareandsoftwaredesignoftheelectronicorgan,andcreateaphysical,testresultsshowthat,thesystemrunswellKeyword:MCUbuzzermusic目录第1章绪论··························11.1概述··························11.2研究内容·······················31.3理论基础·······················5第2章硬件设计························12.1方案论证及系统设计···················12.2系统硬件分析······················12.2.1单片机小系统·················252.2.2供电模块···················25第3章软件设计························13.1KEIL软件介绍·····················13.2系统流程························13.2.1系统主流程··················253.2.2中断初始化流程················25第4章仿真测试·······················254.1PROTEUS软件介绍··················254.2系统主要仿真图···················254.3测试························25致谢·····························59参考文献···························60附录代码··························63(章的名称、结论、参考文献、致谢及附录小4号黑体，其余小4号宋体)第1章绪论1.1概述目前单片机的应用渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置、飞机上各种仪表的控制、计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理、广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制、以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。我们所熟知的是单片机在测试控制领域中的广泛应用，但是除了这些之外，单片机还有一些有趣的应用。比如，使用单片机可以驱动蜂鸣器或者扬声器发出声音并且还可以控制其发出不同的声调，从而连接起来构成一个歌曲。目前市场上有很多种音乐模块或者音乐芯片，可以直接产生各种曲子。但是这种模块价格比较昂贵，电路结构也相对比较复杂。如果系统中仅需要产生简单的音符或者简短的曲子，可以使用单片机配合简单的扬声器而产生所需要的音乐效果。一般说来，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐波频率。单片机演奏的音乐基本都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需要清楚“音调”和“节拍”就可以。本文使用AT89S52单片机设计了一个音乐播放器，能够演奏八个音符跟自动演奏两首歌曲，该设计能使我们能够掌握用定时器的控制播放乐曲原理和设计方法，对大学期间所学习的一些理论进行了实践，使我们对所学过的理论知识有了新的认识。并且通过该设计课题掌握了MC-51单片机的的软硬件开发工具的使用方法，为以后从事相关行业的工作积累了实际工作经验。目前我国的信息行业发展迅速，因此此课题对自己的就业有非常现实与积极的意义。1.2研究内容电子琴有着漂亮的外观，清澈洪亮的声音，它是现代电子科技与音乐的产物，在现代音乐中扮演着重要的角色，单片机对于电子琴的设计具有强大的控制功能。本文主要任务是，基于AT89S52单片机设计一个能够播放八个音符跟自动播放两首歌曲的电子琴。1、利用PROTEL99设计玩具电子琴的原理图2、基于KEIL软件编写音乐播放器程序代码3、制作实物4、对所做设计进行测试1.3理论基础单片机音乐播放器是利用单片机产生乐曲音符，再把乐曲音符翻译成计算机音乐语言，用单片机进行信息处理，再通过蜂鸣器或喇叭放出音乐。音乐的产生主要是通过单片机的I/O口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发音。要想产生音频脉冲信号，需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。利用单片机定时器计时这个半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O口反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O口反相I/O口上得到此频率的脉冲。通常，利用单片机的内部定时器T00下TH0和TL0来产生不同频率。对于音乐的节拍，每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低4位代表音符的节拍。如果1拍为0.4S，1/4拍为0.1S，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，那么1拍应为4DELAY，以此类推，所以只要求得1/4拍的DELAY,其余的节拍就是它的倍数。总而言之，一首乐曲是由音阶和节拍两大要素构成。一首乐曲演奏的原理是，不同音阶分别对应不同的频率，发出不同的音调，而节拍则控制发出音调时间的长短，若将乐曲的音调连续发出，并使其按相应的节拍变化，即可演奏一首乐曲。根据这一特点我们采用单片机辅以相应的接口来设计音乐播放器。第二章硬件设计2.1方案论证及系统设计本系统分为两个部分，一个是音乐播放，另一个就是电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。具体要求如下：1.要求达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。2.用键盘作出电子琴的按键，每键代表一个音符。3.各音符按一定的顺序排列，必须符合电子琴的按键排列顺序。4.弹奏电子琴时能播放出准确的声音，不弹奏时可以播放内置音乐。方案一：采用CPLD外接扬声器、键盘、数码管等。主系统可由两个模块组成：当系统检测到有按键按下时，对应音符的频率由模块1获得，这是一个数控分频器。由其clk端输入一具有较高频率的信号，分频后输出。音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数决定，模块2的功能是为模块1提供决定所发音的分频预置值，而此数在模块1输入口停留的时间即为此音符的节拍值。方案二：采用单片机外接扬声器、键盘、数码管等。具体过程：当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时器被启动，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键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音对比两套方案各有优缺点，方案一采用CPLD，工作速度快，系统稳定，效果好，但是其价格昂贵；而方案二在设计这样小型电子系统方面，无论是效果还是工作速度与方案一都相差不大，而且价格较为便宜。因此，选择方案二即单片机加外设的方式设计该系统较好。本系统以AT89S52单片机为主控制器，通过三极管驱动蜂鸣器发出声音。首先，一方面，通过变压、整流、滤波、稳压四部产生可供单片机使用的5v电。另一方面，单片机利用定时、计数器实时驱动喇叭演奏音乐。整个系统由单片机模块、电源模块、三极管驱动、喇叭组成。系统整体框图如图2-1所示图2-1系统整体框图由PROTEL设计的原理图如图2-2所示P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1P80C51FA-4NC133pFC233pF12Y1R11KC310nFS1S2SW-PBS3SW-PBS5SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS4SW-PBS6SW-PB123456789u2PAIZUQ1NPNLS1VCCVCCVCCVCCP3.0P3.0Q712D13GND10D79D46D57D68D79LE11OE1Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712GND10VCC20U4OED0D1D2D3D4D5D6H1H2H3H4U3P0P1P2P3P4P5P6P7P0P2P3VCCVCCq1q2q3q4q5q6q7q8q1q2q3q4q5q6q7p0p1p2p3图2-2系统整体原理图单片机复位电路喇叭晶振复位键盘2.2系统硬件分析2.2.1单片机小系统单片机是大规模集成电路结束发展的产物，常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、PIC系列、AVR系列、SPCE061A的凌阳单片机。他将中央处理器(CPU)、存储器（ROM/RAM）、输入输出接口、定时器/记数器等主要计