單片機的簡易電子琴設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，數碼管中的二極管均處于通電狀態(tài)，即在靜態(tài)工作方式下，顯示電路中數碼管的位選線是同時選通，而數碼管的段選線是獨立輸入。工作在動態(tài)顯示方式時，數碼管的位線在掃描控制電路的控制下按設定順序導通，即電路中的數碼管是逐個接通電源，數碼管的段選線以并聯(lián)方式與譯碼電路聯(lián)接，即在動態(tài)工作方式下，數碼管不是同時導通顯示而是按照設定順序分時導通顯示。 八位數碼管的結構本次課程設計的顯示電路采用兩位數碼管進行顯示，由于此設計采用的是共陰極的，使用時不加限流電阻。為了顯示字符，要為 LED 顯示器段碼，除了組成 8 字形的字符的 7 段，另加上 1 個小數點位，共計 8 段， 因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1 個字節(jié)。河南理工大學本科課程設計報告 10 圖 數碼管電路 按鍵部分設計 操作鍵設計常用的按鍵有三種：機械觸點式按鍵、導電橡膠式和柔性按鍵（又稱觸摸式鍵盤） 。 機械觸點式按鍵是利用機械彈性使鍵復位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是觸點處易侵入灰塵而導致接觸不良，體積相對較大。 導電橡膠按鍵是利用橡膠的彈性來復位，通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產。但是時間長了，橡膠老化而使彈力下降，同時易侵入灰塵。 柔性按鍵是近年來迅速發(fā)展的一種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。柔性按鍵最大特點是防塵、防潮、耐蝕，外形美觀，裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機的要求來設計。但是由于客觀條件與經濟能力有限，本系統(tǒng)采用機械觸點式按鍵。 鍵盤設計鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中是一個關鍵的部件，它能實現(xiàn)向計算機輸入數據，河南理工大學本科課程設計報告 11 傳送命令等功能，是人工干預計算機的主要手段。鍵盤可以分為 2 類：獨立連接式鍵盤和矩陣式鍵盤。(1)矩陣式鍵盤單片機系統(tǒng)中，若按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。顯然，在按鍵數量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V 上．當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平決定。這是識別按鍵是否按下的關鍵。(2)獨立連接式鍵盤獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線，然而，在按鍵較多時，I/O 口線浪費較大，不宜采用。獨立式按鍵軟件常采用查詢式結構。先逐位查詢每根 I/O 口線的輸入狀態(tài)，如某一根 I/O 口線輸入為低電平，則可確認該 I/O 口線所對應的按鍵已按下，然后，再轉向該鍵的功能處理程序。由于本程序較為簡單，為了使用方便及節(jié)省資源，選擇獨立式鍵盤。下圖為獨立式鍵盤電路圖： 圖 獨立式鍵盤電路圖河南理工大學本科課程設計報告 12 去抖動鍵盤編程中主要考慮去抖動的問題。當測試表明有鍵被按下之后，緊接著就進行去抖動處理。因為鍵是機械開關結構，由于機械觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。為保證鍵識別的準確，在電壓信號抖動的情況下不能進行行狀態(tài)輸入。為此需進行去抖動處理。去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上避免抖動的產生。軟件消抖，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序之后，再檢測此按鍵，如果第二次檢測結果仍為按下狀態(tài)，CPU 便確認此按鍵己按下，消除了抖動。 發(fā)音部分設計如下圖所示，發(fā)音電路是由蜂鳴器、三極管、上拉電阻構成。由三極管來驅動揚聲器發(fā)音的，同時加上拉電阻增強驅動電流，提高驅動能力。圖 獨立式鍵盤電路圖河南理工大學本科課程設計報告 13 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)軟件的組成 （1）鍵盤掃描程序：檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉至功能轉移程序；無按鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。 （2）功能轉移程序：對檢測到的按鍵值進行判斷，是琴鍵則跳轉至琴鍵處理程序，是功能鍵則跳轉至相應的功能程序，我們設計的功能程序有兩種，即音色調節(jié)功能和自動播放樂曲的功能。 （3）琴鍵處理程序：根據檢測到的按鍵值，查詢音調表，給計時器賦值，使發(fā)出相應頻率的聲音。 （4）自動播放歌曲程序：檢測到按鍵按下的是自動播放歌曲功能鍵后執(zhí)行該程序，電子琴會自動播放事先已經存放的歌曲，歌曲播放完畢之后自動返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等待是否有按鍵按下。河南理工大學本科課程設計報告 14 系統(tǒng)總體功能流程圖開始初始化 T 0自動播放鍵按下鍵盤掃描程序b o + +音階鍵按下得到高中低三種方式判斷 P 0 口輸入 ， 設定鍵值鍵值不為 0根據 7 個鍵值和工作方式確定T 0 值啟動 T 0選擇數碼管 1 顯示工作方式選擇數碼管 2 顯示 7 個音調 ， 發(fā)出對應聲音關閉聲音播放內部存儲音樂B o / 2 = = 0NYYNYN河南理工大學本科課程設計報告 15 圖 系統(tǒng)總體功能流程圖 參數計算 發(fā)音原理若要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率） ，再將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將 反相，然后重復計時再反相。就可在 引腳上得到此頻率的脈沖。利用 AT89C51 的內部定時器使其工作計數器模式（MODE1）下，改變計數值 TH0及 TL0 以產生不同頻率的方法產生不同音階。 計算舉例例如，頻率為 523Hz，其周期 T＝1/523＝1912μs，因此只要令計數器計時956μs/1μs＝956，每計數 956 次時將 I/O 反相，就可得到中音 DO（523Hz） 。計數脈沖值與頻率的關系式是：N＝fi247。2247。fr，式中，N 是計數值；fi 是機器頻率（晶體振蕩器為 12MHz 時，其頻率為 1MHz） ；fr 是想要產生的頻率。其計數初值 T 的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi247。2247。fr例如：設 K＝65536，fi＝1MHz，求中音 DO（261Hz） 。T＝65536－N＝65536－fi247。2247。fr＝65536－1000000247。2247。fr＝65536－500000/fr，中音 DO 的 T＝65536－500000/523＝64580。 計算結果（1）單片機 12MHZ 晶振，中音符與計數 T0 相關的計數值如表所示：音符 頻率（HZ） 計數值（T 值） 音符 頻率（HZ） 計數值（T值）低 1DO 262 63628 4FA 740 648601DO 277 63737 中 5SO 784 64898低 2RE 294 63835 5SO 831 949342RE 311 63928 中 6LA 880 64968低 3MI 330 64021 6LA 932 64994低 4FA 349 64103 中 7SI 968 650304FA 370 64185 低 1DO 1046 65058低 SO 392 64260 1DO 1109 65085河南理工大學本科課程設計報告 16 5S