计算机硬件技术基础综合性实验任务书电子琴B.doc

个人收集整理 勿做商业用途
河北工业大学计算机硬件技术基础(MCS—51单片机原理及应用）
综合性实验任务书

学院 班级 设计人 __ 成绩 ____
一、题目:简易电子琴的设计
二、目的与要求
1． 目的:
（1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。
（2）熟悉8051单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。
（3)实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析,及时修改相关软硬件.
（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
2． 基本要求：
（1)要按任务书的要求认真分析问题，并解决问题；
(2）要求用MCS—51单片机知识完成程序的设计;
(3）在实验室利用现有的设备，完成题目的设计与调试。
3． 创新要求
在基本要求达到后，可以进行创新设计，如更加完善程序功能。
4． 书写设计报告的要求
设计报告中包含以下几个方面:
1、 设计题目
2、 总体设计
1) 所实现的功能描述.
2) 设计方案的描述.
3、 硬件系统设计，包括所需设备，接线方式,以及资源分配。
4、 软件系统的设计,包括划分功能模块，写出各个功能模块实现的功能。画出程序流程图
5、 列出程序清单,并加以必要的注释
6、 写出调试程序的方法
7、 指出所设计问题的不足和改进方案
8、 自评分和收获体会
三、设计方法和基本原理
1． 问题描述:
设计一个简易的电子琴,要求用DP—51PROC的按键K1～K7作为电子琴的按键,控制蜂鸣器能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符。
电路图如下:

2． 问题的解决方案:
由于一首音乐是由许多不同音阶组成,每个音阶对应不同的频率,这样我们可用不同频率组合，即可构成我们想要的音乐了，当然对单片机产生不同的频率非常方便，我们可用单片机的定时/计数器0来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系设定正确即可。
对于晶振频率为11。0592MHz的单片机,定时器假如选择工作方式1，那T值便为T＝216-5*105/相应的频率，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值。建立这样一个数据表,然后采用查表程序即可。
连线要求：用导线将A2的P3。3 （INT1）与B5区的BUZZ接口相连,用排线将D1区的 J53 与 A2区的J61相连，如上图所示。
四、课程设计的考核方式及评分方法
1．考核方式
课程设计结束时，在机房当场验收.
（1） 学生演示,老师检查运行结果是否正确。
（2） 回答教师提出的问题。
（3） 学生提交课程设计报告(A4纸打印），并将电子文档和源程序发至知道教师信箱。
2．评分方法
(1) 出勤率
(2) 课程设计准备工作
(3) 课程设计期间纪律
(4） 课程设计运行结果
(5） 课程设计报告
（6）答辩情况
附件1：音节与频率
第一个问题:八度音的频率关系。
每相邻的两个半音，高音频率是低音频率的“2的1/12次方倍”.
例如国际标准音A的频率是440HZ,那么比它高半音的bB,频率就是：
440＊2^(1/12)=466.13HZ.
所以，以此类推，一个八度的12个音，连乘下来,结果正好得2。通俗一点儿也就是说，高音1的频率是比他低一个八度的那个1的频率的两倍。
第二个问题:不同乐器的同一个音的振动频率是否相同.
大至相同，但有微小的差别。比如吉他的国际标准音A的频率是440HZ，而小提琴的这个A就用441HZ。
音階與頻率的轉換

標準A = 440 Hz
高8度音的頻率為原來音頻率的2倍
下圖為音階圖，每一格為一個半音。

若f1距f2 n個半音，則運算公式:n個半音 = 1/12 ＊ log2（f1/f2）,若f1〈f2則n<0，若f1>f2則n>0。
例:C比A低9個半音，計算C的頻率f， —9 = 1/12 ＊ log2（f/440) 得f =261。6
C調音階do, re， mi, fa， so， la， ti， do， 為261。6, 293。7， 329。6， 349。2, 392。0， 440。0， 493.9， 523.2。其中第一個do為261。6Hz，第二個do為523。2Hz是第一個do的2倍。

一拍 = 四分音符，若建議速度=120(BPM)，則表示一秒 = 兩拍 = 兩個四分音符,若建議速度=60(BPM）,則表示一秒 = 一拍 = 一個四分音符。
电子琴
1．实验任务
（1）.由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音。
（2）.可随意弹奏想要表达的音乐.
2．电路原理图

                                                                           图4。22。1
3．系统板硬件连线
（1).把“单片机系统”区域中的P1。0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上；
(2）。把“单片机系统“区域中的P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4　R1－R4端口上；
4．相关程序内容
（1)。4X4行列式键盘识别；
（2).音乐产生的方法；
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，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可.现在以单片机12MHZ晶振为例，例出高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示
音符
频率（HZ）
简谱码（T值)

音符
频率(HZ）
简谱码（T值)
低1　DO
262
63628
# 4 FA#
740
64860
#1　DO＃
277
63731
中 5 SO
784
64898
低2　RE
294
63835
＃ 5 SO#
831
64934
＃2 RE#
311
63928
中 6 LA
880
64968
低 3 M
330
64021
＃ 6
932
64994
低 4 FA
349
64103
中 7 SI
988
65030
＃ 4 FA#
370
64185
高 1 DO
1046
65058
低 5 SO
392
64260
＃ 1 DO#
1109
65085
# 5 SO#
415
64331
高 2 RE
1175
65110
低 6 LA
440
64400

＃ 2 RE＃
1245
65134
＃ 6
466
64463
高 3 M
1318
65157
低 7 SI
494
64524
高 4 FA
1397
65178
中 1 DO
523
64580
# 4 FA＃
1480
65198
＃ 1 DO＃
554
64633
高 5 SO
1568
65217
中 2 RE
587
64684
＃ 5 SO＃
1661
65235
# 2 RE＃
622
64732
高 6 LA
1760
65252
中 3 M
659
64777
＃ 6
1865
65268
中 4 FA
698
64820
高 7 SI
1967
65283
下面我们要为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据
低音0－19之间，中音在20－39之间，高音在40－59之间
TABLE：        DW 0,63628，63835，64021，64103,64260，64400,64524,0,0
                   DW 0,63731，63928，0,64185，64331，64463，0，0，0
                   DW 0,64580，64684，64777，64820,64898,64968，65030,0，0
                   DW 0,64633，64732,0，64860,64934,64994,0，0，0
                   DW 0,65058，65110，65157,65178，65217，65252，65283,0，0
                   DW 0，65085，65134，0,65198,65235,65268，0，0,0
                   DW 0
2、音乐的音拍，一个节拍为单位（C调)
曲调值
DELAY

曲调值
DELAY
调4/4
125ms

调4/4
62ms
调3/4
187ms

调3/4
94ms
调2/4
250ms

调2/4
125ms
对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。
下面就用AT89S51单片机产生一首“生日快乐”歌曲来说明单片机如何产生的。
在这个程序中用到了两个定时/计数器来完成的。其中T0用来产生音符频率，T1用来产生音拍.
5．程序框图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4。22.2
6．汇编源程序
KEYBUF      EQU 30H
STH0        EQU 31H
STL0        EQU 32H
TEMP        EQU 33H
            ORG 00H
            LJMP START
            ORG 0BH
            LJMP INT_T0
START：      MOV TMOD,#01H
            SETB ET0
            SETB EA
WAIT:  
            MOV P3,#0FFH
            CLR P3.4
            MOV A,P3
            ANL A，#0FH 
            XRL A，＃0FH
            JZ NOKEY1
            LCALL DELY10MS
            MOV A,P3
            ANL A，＃0FH
            XRL A,#0FH
            JZ NOKEY1
            MOV A,P3
            ANL A，#0FH
            CJNE A，＃0EH，NK1
            MOV KEYBUF，#0
            LJMP DK1
NK1:        CJNE A,#0DH,NK2
            MOV KEYBUF，#1
            LJMP DK1
NK2:        CJNE A,#0BH，NK3
            MOV KEYBUF，#2
            LJMP DK1
1NK3：        CJNE A，#07H,NK4
            MOV KEYBUF，＃3
            LJMP DK1
NK4：        NOP
DK1：   
            MOV A,KEYBUF
            MOV DPTR，＃TABLE
            MOVC A，＠A+DPTR
            MOV P0，A
            MOV A,KEYBUF
            MOV B，#2
            MUL AB
            MOV TEMP，A
            MOV DPTR,＃TABLE1
            MOVC A，@A+DPTR
            MOV STH0，A
            MOV TH0,A
            INC TEMP
            MOV A，TEMP
            MOVC A,＠A+DPTR
            MOV STL0，A
            MOV TL0,A
            SETB TR0
DK1A:       MOV A,P3
            ANL A,#0FH
            XRL A,＃0FH
            JNZ DK1A
            CLR TR0
NOKEY1：
            MOV P3,#0FFH
            CLR P3。5
            MOV A,P3
            ANL A，＃0FH
            XRL A，＃0FH
            JZ NOKEY2
            LCALL DELY10MS
            MOV A，P3
            ANL A,#0FH
            XRL A,＃0FH
            JZ NOKEY2
            MOV A,P3
            ANL A，＃0FH
            CJNE A,#0EH，NK5
            MOV KEYBUF，＃4
            LJMP DK2
NK5：        CJNE A，＃0DH，NK6
            MOV KEYBUF，#5
            LJMP DK2
NK6：        CJNE A，＃0BH，NK7
            MOV KEYBUF，#6
            LJMP DK2
NK7:        CJNE A,#07H，NK8
            MOV KEYBUF，#7
            LJMP DK2
NK8:        NOP
DK2：   
            MOV A，KEYBUF
            MOV DPTR,＃TABLE
            MOVC A,＠A+DPTR
            MOV P0，A
            MOV A，KEYBUF
            MOV B,＃2
            MUL AB
            MOV TEMP，A
            MOV DPTR,＃TABLE1
            MOVC A，@A+DPTR
            MOV STH0,A
            MOV TH0,A
            INC TEMP
            MOV A,TEMP
            MOVC A,@A+DPTR
            MOV STL0,A
            MOV TL0,A
            SETB TR0
DK2A：       MOV A,P3
            ANL A，#0FH
            XRL A，#0FH
            JNZ DK2A
            CLR TR0
NOKEY2:
            MOV P3,＃0FFH
            CLR P3.6
            MOV A，P3
            ANL A，#0FH
            XRL A，＃0FH
            JZ NOKEY3
            LCALL DELY10MS
            MOV A,P3
            ANL A,#0FH
            XRL A，#0FH
            JZ NOKEY3
            MOV A，P3
            ANL A,#0FH
            CJNE A，#0EH,NK9
            MOV KEYBUF,＃8
            LJMP DK3
NK9：        CJNE A，＃0DH,NK10
            MOV KEYBUF，＃9
            LJMP DK3
NK10:       CJNE A,#0BH,NK11
            MOV KEYBUF，＃10
            LJMP DK3
NK11：       CJNE A,#07H,NK12
            MOV KEYBUF,＃11
            LJMP DK3
NK12:       NOP
DK3：
            MOV A,KEYBUF
            MOV DPTR,#TABLE
            MOVC A,@A+DPTR
            MOV P0，A
            MOV A,KEYBUF
            MOV B,#2
            MUL AB
            MOV TEMP，A
            MOV DPTR,＃TABLE1
            MOVC A,@A+DPTR
            MOV STH0，A
            MOV TH0,A
            INC TEMP
            MOV A,TEMP
            MOVC A，@A+DPTR
            MOV STL0，A
            MOV TL0,A
            SETB TR0
DK3A：       MOV A,P3
            ANL A,#0FH
            XRL A,＃0FH
            JNZ DK3A
            CLR TR0
NOKEY3：
            MOV P3,＃0FFH
            CLR P3.7
            MOV A,P3
            ANL A，#0FH
            XRL A，#0FH
            JZ NOKEY4
            LCALL DELY10MS
            MOV A,P3
            ANL A,#0FH
            XRL A，＃0FH
            JZ NOKEY4
            MOV A,P3
            ANL A，＃0FH
            CJNE A,＃0EH，NK13
            MOV KEYBUF，#12
            LJMP DK4
NK13：       CJNE A，#0DH，NK14
            MOV KEYBUF，＃13
            LJMP DK4
NK14:       CJNE A,#0BH,NK15
            MOV KEYBUF，＃14
            LJMP DK4
NK15:       CJNE A，#07H,NK16
            MOV KEYBUF,＃15
            LJMP DK4
NK16：       NOP
DK4:   
            MOV A，KEYBUF
            MOV DPTR,#TABLE
            MOVC A,＠A+DPTR
            MOV P0，A
            MOV A,KEYBUF
            MOV B，＃2
            MUL AB
            MOV TEMP,A
            MOV DPTR，＃TABLE1
            MOVC A，＠A+DPTR
            MOV STH0，A
            MOV TH0，A
            INC TEMP
            MOV A，TEMP
            MOVC A,@A+DPTR
            MOV STL0,A
            MOV TL0，A
            SETB TR0
DK4A:       MOV A,P3
            ANL A，#0FH
            XRL A，#0FH
            JNZ DK4A
            CLR TR0
NOKEY4:
            LJMP WAIT
DELY10MS：
            MOV R6，＃10
D1：         MOV R7,＃248
            DJNZ R7,＄
            DJNZ R6,D1
            RET
INT_T0：
            MOV TH0，STH0
            MOV TL0，STL0
            CPL P1。0
            RETI
TABLE：      DB 3FH,06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH,07H
            DB 7FH,6FH,77H,7CH，39H,5EH,79H，71H
TABLE1:     DW 64021，64103,64260,64400
            DW 64524,64580,64684，64777
            DW 64820，64898，64968,65030
            DW 65058,65110,65157,65178
            END
7．C语言源程序
#include
unsigned char code table［]={0x3f，0x06,0x5b，0x4f，
                            0x66,0x6d,0x7d，0x07，
                            0x7f，0x6f,0x77,0x7c，
                            0x39，0x5e,0x79,0x71｝;
unsigned char temp；
unsigned char key；
unsigned char i,j；
unsigned char STH0;
unsigned char STL0；
unsigned int code tab［］=｛64021,64103,64260，64400，
                          64524，64580,64684,64777,
                          64820,64898,64968,65030，
                          65058,65110,65157,65178}；
void main(void）
{
  TMOD=0x01；
  ET0=1;
  EA=1;
  while(1)
    {
      P3=0xff;
      P3_4=0；
      temp=P3；
      temp=temp & 0x0f;
      if (temp!=0x0f）
        ｛
          for(i=50；i〉0;i--)
          for（j=200；j>0；j——)；
          temp=P3;
          temp=temp & 0x0f;
          if (temp！=0x0f)
            ｛
              temp=P3；
              temp=temp ＆ 0x0f;             
              switch（temp）
                {
                  case 0x0e：
                    key=0;
                    break;
                  case 0x0d:
                    key=1；
                    break；
                  case 0x0b：
                    key=2；
                    break；
                  case 0x07:
                    key=3;
                    break；
                ｝
              temp=P3；
              P1_0=~P1_0;
              P0=table[key]；
              STH0=tab[key]/256;
              STL0=tab［key]%6;
              TR0=1;
              temp=temp ＆ 0x0f；             
              while（temp！=0x0f）
                ｛
                  temp=P3；
                  temp=temp ＆ 0x0f;             
                }
              TR0=0;
            }
        }
      P3=0xff;
      P3_5=0;
      temp=P3；
      temp=temp ＆ 0x0f；
      if （temp！=0x0f）
        {
          for(i=50；i>0；i—-)
          for（j=200;j>0;j——);
          temp=P3；
          temp=temp & 0x0f；
          if (temp！=0x0f)
            ｛
              temp=P3;
              temp=temp & 0x0f；             
              switch（temp）
                ｛
                  case 0x0e：
                    key=4;
                    break;
                  case 0x0d：
                    key=5；
                    break;
                  case 0x0b：
                    key=6；
                    break;
                  case 0x07:
                    key=7;
                    break;
                ｝
              temp=P3;
              P1_0=~P1_0；
              P0=table［key]；
              STH0=tab[key］/256；
              STL0=tab[key］%6;
              TR0=1;
              temp=temp ＆ 0x0f;             
              while（temp!=0x0f)
                {
                  temp=P3；
                  temp=temp & 0x0f;             
                }
              TR0=0;
            ｝
        ｝
      P3=0xff；
      P3_6=0；
      temp=P3;
      temp=temp & 0x0f;
      if (temp！=0x0f)
        ｛
          for（i=50；i>0；i——)
          for(j=200;j>0;j-—)；
          temp=P3;
          temp=temp ＆ 0x0f；
          if (temp!=0x0f）
            {
              temp=P3；
              temp=temp & 0x0f；             
              switch（temp)
                ｛
                  case 0x0e：
                    key=8;
                    break；
                  case 0x0d：
                    key=9;
                    break；
                  case 0x0b：
                    key=10;
                    break;
                  case 0x07:
                    key=11；
                    break;
                ｝
              temp=P3;
              P1_0=~P1_0;
              P0=table[key]；
              STH0=tab[key]/256;
              STL0=tab[key］%6;
              TR0=1;
              temp=temp ＆ 0x0f；             
              while（temp!=0x0f)
                ｛
                  temp=P3;
                  temp=temp & 0x0f；             
                }
              TR0=0;
            ｝
        }

      P3=0xff；
      P3_7=0；
      temp=P3；
      temp=temp & 0x0f；
      if (temp!=0x0f）
        ｛
          for（i=50；i〉0;i-—)
          for（j=200;j〉0；j——）;
          temp=P3;
          temp=temp & 0x0f；
          if (temp!=0x0f）
            {
              temp=P3;
              temp=temp & 0x0f;             
              switch(temp)
                {
                  case 0x0e:
                    key=12;
                    break;
                  case 0x0d：
                    key=13;
                    break;
                  case 0x0b：
                    key=14；
                    break；
                  case 0x07：
                    key=15；
                    break；
                ｝
              temp=P3;
              P1_0=～P1_0；