基于ＡＴ８９Ｓ５１的電子琴設(shè)計(jì)

摘要:用電子琴可以演奏出各種美妙的音樂，而音樂是由音符組成，不同的音符又是由相應(yīng)頻率的振動(dòng)產(chǎn)生，而用單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號。用AT89S51單片機(jī)作為主控核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單電子琴，其特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、硬件電路簡單、性價(jià)比高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);電子琴;鍵盤;揚(yáng)聲器

中圖分類號:TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)24-6766-02

The Design of Electronic Organ Based on AT89S51

TIAN Qi-chong， ZHENG Wei-guo， SUN Da-lei

(School of Computer Science and Technology， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116，China)

Abstract: The electronic organ can play a variety of wonderful music which are composed by the musical notes. And the different notes are produced by the vibration of corresponding frequencies. It's very convenient for the single-chip to generate different frequencies by the timer/counter T0. In this paper， we design an electronic organ with AT89S51. Stable circulation， simple hardware circuit and high performance-to-price ratio are characteristics of the design.

Key words: single-chip; electronic organ; keyboard; speaker

該文主要通過對電子琴主體部分的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到電子琴固有的基本功能。整個(gè)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)定時(shí)器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出不同音調(diào)的原理來設(shè)計(jì)。首先，利用一個(gè)鍵盤電路把所需要發(fā)出聲音的信號輸入單片機(jī);其次通過程序，定時(shí)器按設(shè)置的定時(shí)參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平，由于定時(shí)參數(shù)不同，就發(fā)出不同頻率的脈沖，本設(shè)計(jì)中按鍵一次，就會(huì)調(diào)用一個(gè)延時(shí)程序，在延時(shí)后繼續(xù)檢測鍵盤，若此時(shí)又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤會(huì)譯出被按下的另一個(gè)鍵的音調(diào)。通過按播放鍵，還可以播放預(yù)先存儲的一段音樂。

1 AT89S51概述

AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

AT89S51具有如下特點(diǎn):40個(gè)引腳(引腳圖如圖1所示)，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，32個(gè)外部雙向I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗(WDT)電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。

此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。

2 總體分析與設(shè)計(jì)

2.1 總體分析

本次設(shè)計(jì)的要求如下:

1)利用I/O口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，能發(fā)出不同的音調(diào)。

2)能播放預(yù)先存儲的一段音樂。

3)線路板焊點(diǎn)飽滿、圓潤，無虛焊等現(xiàn)象。

本次設(shè)計(jì)主要是要通過軟硬件的配合實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單電子琴的功能，操作人員可以通過按下鍵盤上任意一個(gè)鍵來發(fā)出相應(yīng)的音符，按下播放鍵就能播放預(yù)先存儲的一段音樂。

設(shè)計(jì)電路時(shí)采用AT89S51單片機(jī)的接口來實(shí)現(xiàn)各種輸入、輸出功能。P2口用來實(shí)現(xiàn)輸入鍵盤的功能;P1.0口用來作輸出口，向發(fā)聲電路輸出信號;P0口實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示功能。

2.2 總體設(shè)計(jì)

2.2.1 硬件部分

采用AT89S51單片機(jī)作為主控制部件，AT89S51用上電自動(dòng)復(fù)位，12MHZ的晶振和兩個(gè)電容形成晶振電路。面板上的7個(gè)按鍵，用于輸入音符，1個(gè)用于播放音樂，1個(gè)用于復(fù)位。

電路原理圖如圖2所示。

2.2.2 軟件部分

軟件部分采用匯編語言編寫程序，單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計(jì)步驟如下:

第一步:分析問題。

第二步:畫出程序的基本輪廓。

第三步:實(shí)現(xiàn)該程序。

主程序流程圖如圖3所示。

2.2.3 軟硬件調(diào)試

使用KEIL軟件，將程序輸入進(jìn)行編譯，編譯通過后，則將制作的電路進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真，檢測功能和設(shè)計(jì)任務(wù)能不能實(shí)現(xiàn)。如果不能達(dá)到預(yù)期效果，則必須重新檢查硬件或修改程序。

2.2.4 程序固化

經(jīng)過調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的成果和功能，就可以開始程序固化了。將程序燒錄到AT89S51內(nèi)部ROM中，然后將單片機(jī)放入到電路中，再進(jìn)行觀察。

3 模塊介紹

3.1 發(fā)聲模塊

發(fā)聲模塊是電子琴電路中的一個(gè)重要的組成部分，它承擔(dān)著把單片機(jī)所產(chǎn)生的聲音信號放大并用揚(yáng)聲器輸出的重要作用。

音樂由各種不同的音符組成，而不同的音符又是由相應(yīng)頻率的振動(dòng)產(chǎn)生，用單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，可以利用AT89S51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號。利用AT89S51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作在計(jì)數(shù)器模式(MODE1)下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為587Hz，其周期T=1/587=1704μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)1704μs÷2÷1μs=852，每計(jì)數(shù)852次時(shí)將I/O反相，就可得到中音RE(587Hz)。

現(xiàn)以單片機(jī)12MHZ晶振為例，列出高中低音符與計(jì)數(shù)T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如表1所示。

本次設(shè)計(jì)，我們采用7個(gè)鍵來產(chǎn)生音符，故只選取了上表中的7個(gè)音符，建立了一個(gè)表格，單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。建立的表格如下:

TABLE DW63628， 63835， 64021， 64103， 64260， 64400， 64524

3.2 鍵盤模塊

鍵盤模塊作為電子琴系統(tǒng)中最重要的輸入部分，在系統(tǒng)中承擔(dān)著把操作人員想要輸入的信號輸入單片機(jī)的重要作用。鍵盤模塊必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。用AT89S51的并行口P2接鍵盤，硬件連線如圖4所示。

3.3 LED顯示模塊

七段LED數(shù)碼管內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的極管的接線形式，可分成共陰極型和共陽極型。LED數(shù)碼管的七個(gè)發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不以發(fā)亮，不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字形碼，表2給出了共陰極LED數(shù)碼管的字形碼表。

LED顯示模塊如圖5所示，利用AT89S51單片機(jī)的P0端口的P0.0-P0.7連接到一個(gè)共陰數(shù)碼管的a-h的筆段上，數(shù)碼管的公共端接地。

4 結(jié)束語

將程序燒入芯片，調(diào)試成功后，可任意彈奏自己想要的旋律，按播放鍵則可以預(yù)想存儲的音樂。該文通過設(shè)計(jì)電子琴，將幾個(gè)模塊很好的融合起來，對使用AT89S51單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易電子琴進(jìn)行了分析，

并介紹了基于單片機(jī)電子琴的硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。

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