资源描述
单片机课程设计
设 计 报 告
电子音调发生器
2016年 4 月 29 日
目录
1 课程设计总体目标 - 2 -
1.1 课题的意义 - 2 -
1.2 系统的主要功能 - 2 -
1.3 本人所做的工作 - 2 -
2 实验原理及设计思路 - 3 -
2.1 乐曲的音调与节拍 - 3 -
2.2 红外检测原理 - 3 -
3 硬件电路设计及描述 - 4 -
3.1 硬件连接图 - 4 -
3.2 单片机系统 - 5 -
3.3 数码管显示电路 - 6 -
3.4 蜂鸣器电路 - 6 -
4 软件设计流程及描述 - 7 -
4.1 蜂鸣器发单音 - 7 -
4.2 蜂鸣器唱歌 - 7 -
4.3 数码管动态显示 - 7 -
4.4 程序框图 - 8 -
4.5 源程序代码及注释 - 9 -
5 实验结果 - 26-
1 总体设计
1.1 课题的意义
（1） 通过这个实际的课题，熟悉51单片机的开发环境，熟悉JD-51的硬件电路图，并能通过三种调试模式来调试程序，为日后进行一些基于单片机的系统开发打下基础；
（2） 掌握使用常用的汇编指令进行51单片机的程序设计，建立严谨的逻辑思维来编写程序，学会画程序框图来帮助编程。
（3） 通过使用蜂鸣器来产生相应音调的声音，进一步巩固课上学到的定时器初始化、赋初值、通过查询方式来产生一定频率方波的编程方法；
（4） 掌握使数码管扫描显示数字的方法，并同时让LED灯亮或灭，学会如何让蜂鸣器发出不同频率的声音；
（5） 了解NEC协议下的红外编码格式，能够使用单片机来解码收到的红外信号，并读取信号中相应的信息。
1.2 系统的主要功能
电子音调发生器
（1）利用JD51开发板上的按键S1~S4进行音调选择，即按下不同的开关产生不同的音调，依次按动S1~S4 及组合按键，蜂鸣器发出1234567i八个音调；并在数码管上显示。
（2）编写2支歌曲，并可进行选择播放。
1.3 本人所做的工作
通过学习课程平台上给出的红外和电子音调发生器这两个程序，将电子音调发送器中关于按键扫描的部分换为对接收到的32位红外信号数据中数据码的反码进行按键判断跳转相应歌曲或音调子程序。
2 实验原理及设计思路
2.1 乐曲的音调与节拍
①音调由不同频率的方波产生，音调与频率的关系如下表所示。要产生音频方波，只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。利用计时器计时此半周期时间，每当计时到后就将输出方波的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚得到此频率的方波。在JD-51单片机上，产生方波的I/O脚选用P2.4，P2.4口与蜂鸣器相连，这样通过P2.4口输出不同频率的方波就能控制蜂鸣器发出不同音调的声音。
②音乐的节拍是由延时实现的，如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒。只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍。
音调
1
2
3
4
5
6
7
I
频率/Hz
262
294
330
349
392
440
494
523
X
F921
F9E1
FA8C
FAD8
FB68
FBE9
FC5B
FC8F
表1 音调和发音频率及定时器初值X的对应
在定时器工作在工作方式1时每个音节相应的定时器初值x可按下法计算
(1/2)×(1/f)=(12/fosc)×(216-x)
x=216-(fosc/24f) (1)
其中，f是音调频率，JD-51单片机的晶振fosc=11.0592Mhz。
曲调值
DELAY
调4/4
125ms
调3/4
187ms
调2/4
250ms
表2 各节拍延时时间对应关系
3 硬件电路设计及描述
3.1 硬件连接图
系统的硬件连接图包括，晶振电路，复位电路，数码管显示电路，红外发送和接收电路，蜂鸣器电路，硬件连接如下图所示：
图4 红外高级电子琴硬件连接图
3.2 单片机系统
ATMEL公司生产的AT89S52单片机是硬件电路的核心部分，时钟电路晶振使用12MHz，复位电路采取按键复位方式。具体连接如下：
图5 单片机系统的时钟电路
图6 单片机系统的复位电路
3.3 数码管显示电路
显示电路采用4个共阳极数码管，P0口作为数码管的输入，P2.0、P2.1、P2.2、 P2.3分别控制四个数码管的亮与不亮，P0口控制数码管亮的是数字几。
图7 数码管连接图
3.4 蜂鸣器电路
我们用的蜂鸣器是直流蜂鸣器，驱动简单，一旦在引脚上加入直流电源它就会发出一定频率的声音，此时声音的音调和音量是固定的，它与单片机的连接方式如下图所示。Buzzer与P2.4相连，P2.4输出不同频率的方波信号，蜂鸣器就会发出不同的声音。如果控制输出信号的频率和音长，蜂鸣器则会发出音乐。
图8 蜂鸣器电路图
4 软件设计流程及描述
4.1 蜂鸣器发单音
根据不同音调的频率值算出该给定时器赋的初值，利用定时溢出后P2.4口电平的翻转来产生和音调频率相同的方波，虽然不是正弦波，听起来有点不自然，但也能听出1234567i这8个音调。
4.2 蜂鸣器播放歌曲
蜂鸣器播放歌曲是基于节拍表和音符表的基础上的，其基本原理与发出单个频率的声音类似，只不过确定了单个频率发声的时长即节拍长，和不同频率发声的顺序，可以通过查表的方式来使定时器产生不同频率的方波，加入设定好的节拍，就相当于延时，便可以听到音乐。
4.3 数码管动态显示
所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。通过调时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的资源，而且功耗更低。
开始
4.4 程序框图
将开关状态送P3.2，P3.3，P3.4，P3.1，P3.6
查询键盘按键状态
跳转到相应子程序
令P3.5口发出相应频率的方波
图9 电子音调发生器流程图
4.5 源程序代码及注释
/*-------------------------------------------------------------------
==================================
电子音调发生器
==================================
******************************程序功能说明***************************
通过s1,s2,s3,s4四个按键组合，根据按键组合值让蜂鸣器播放1234567i相应的音调，以及两首歌
********************************************************************/
ORG 0000H
LJMP KEYP0
KEYP0: MOV R0,#00H ;
CLR TR0 ;
SETB P2.4 ;关蜂鸣器
CLR P2.0
CLR P2.1
CLR P2.2
CLR P2.3 ;关用于表示音调的数码管
SETB P2.0 ;关用于表示模式的数码管
WU: MOV R0,P3 ;扫描键盘输入
CJNE R0,#0FFH,KEYPO1 ;有输入时跳转
JMP KEYP0
KEYPO1:CJNE R0,#0FBH,KEYPO2 ;
SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平
MOV R3,#200
MAIN01:MOV TMOD,#01H ;初始化,工作方式1
MOV TL0,#21H ;写入计数初值
MOV TH0,#0F9H
SETB TR0 ;启动计数
WAIT1:JNB TF0,WAIT1
CLR TF0
CPL P2.4 ;蜂鸣器响
CLR P2.3 ;数码管显示1
MOV A,#11111001B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN01
LJMP KEYP0 ;返回程序KEYP0
KEYPO2:CJNE R0,#0F7H,KEYPO3 ;
SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平
MOV R3,#200
MAIN02:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0E1H ;写入计数初值
MOV TH0,#0F9H
SETB TR0
WAIT2:JNB TF0,WAIT2
CLR TF0
CPL P2.4 ;蜂鸣器响
CLR P2.3 ;
MOV A,#10100100B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN02
LJMP KEYP0
KEYPO3:CJNE R0,#0EFH,KEYPO4 ;
SETB P2.4 ;蜂鸣器置于高电平
MOV R3,#200
MAIN03:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#08CH
MOV TH0,#0FAH
SETB TR0
WAIT3:JNB TF0,WAIT3
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#10110000B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN03
LJMP KEYP0
KEYPO4:
CJNE R0,#0DFH,KEYPO5 ;
SETB P2.4
MOV R3,#200
MAIN04:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0D8H
MOV TH0,#0FAH
SETB TR0
WAIT4:JNB TF0,WAIT4
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#10011001B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN04
LJMP KEYP0
KEYPO5: CJNE R0,#0F3H,KEYPO6 ;
SETB P2.4
MOV R3,#200
MAIN05:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#068H
MOV TH0,#0FBH
SETB TR0
WAIT5:JNB TF0,WAIT5
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#10010010B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN05
LJMP KEYP0
KEYPO6:CJNE R0,#0E7H,KEYPO7 ;
SETB P2.4
MOV R3,#200
MAIN06:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0E9H
MOV TH0,#0FBH
SETB TR0
WAIT6:JNB TF0,WAIT6
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#10000010B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN06
LJMP KEYP0
KEYPO7:CJNE R0,#0CFH,KEYPO8 ;
SETB P2.4
MOV R3,#200
MAIN07:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#05BH
MOV TH0,#0FCH
SETB TR0
WAIT7:JNB TF0,WAIT7
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#11111000B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN07
LJMP KEYP0
KEYPO8:CJNE R0,#0DBH,KEYPO9 ;
SETB P2.4
MOV R3,#200
MAIN08:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#08FH
MOV TH0,#0FCH
SETB TR0
WAIT8:JNB TF0,WAIT8
CLR TF0
CPL P2.4
CLR P2.3
MOV A,#10000000B
MOV P0,A
DJNZ R3,MAIN08
LJMP KEYP0
KEYPO9:CJNE R0,#0EBH,KEYPO10 ;跳转到第一首歌程序
LJMP MUSTART1
KEYPO10:CJNE R0,#0D7H,JIELI ;跳转到第二首歌程序
LJMP MUSTART2
JIELI:JMP KEYP0 ;返回主程序
MUSTART1: ;播放第一首歌
MOV R0,#00H ;将节拍表指针置零
MOV R1,#00H ;将音符表指针置零
RTAB:MOV A,R0
MOV DPTR,#RYTH
MOVC A,@A+DPTR ;利用查表法将一个节拍数据取出放R2计数器中
MOV R2,A
TTAB:MOV A,R1
MOV DPTR,#TONE
MOVC A,@A+DPTR
MOV R3,A ;取出音符表高8位
INC R1 ;指针加1
MOV A,R1
MOV DPTR,#TONE
MOVC A,@A+DPTR
MOV R4,A ;取出音符表低8位
SETB P2.4 ;输出相应音调的方波
LOOP:MOV R5,#3BH
MAIN:MOV TMOD,#01H
MOV TL0,R4
MOV TH0,R3
SETB TR0
WAIT:JNB TF0,WAIT
CLR TF0
CPL P2.4
MAYA:JB P3.2,MAYB ;判断P3.2口是否有为1
JB P3.4,MAYB ;判断P3.4口是否有为1
LJMP RA ;P3.4口为0则跳转到程序RA
MAYB:JB P3.3,JIELI ;判断P3.3口是否有为1
JB P3.5,JIELI ;判断P3.5口是否有为1
LJMP MUSTART2 ;P3.5口为0则放第二首歌
RA: DJNZ R5,MAIN ;无打断则继续放第一首歌
DJNZ R2,LOOP
INC R0 ;两个表的指针都加1
INC R1
CJNE R1,#88,RTAB ;判断是否取完
LJMP KEYP0
TONE:
DB 0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
DB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
DB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
RYTH:
DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
DB 04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB 04,04,04,04
MUSTART2:
MOV R0,#00H
MOV R1,#00H
RTAB2:
MOV A,R1
MOV DPTR,#TABLE1
MOVC A,@A+DPTR
MOV R2,A
TTAB2: MOV A,R1
MOV DPTR,#TONE2
MOVC A,@A+DPTR
MOV R3,A
INC R1
MOV A,R1
MOV DPTR,#TONE2
MOVC A,@A+DPTR
MOV R4,A
SETB P2.4
LOOP2: MOV R5,#9BH
MAIN2:
MOV TMOD,#01H
MOV TL0,R4
MOV TH0,R3
SETB TR0
WAITR:JNB TF0,WAITR
CLR TF0
CPL P2.4
MAYA1:JB P3.3,MAYB1
JB P3.5,MAYB1
LJMP RB
MAYB1:JB P3.2,BACK
JB P3.4,BACK
LJMP MUSTART1
BACK:LJMP JIELI
RB: DJNZ R5,MAIN2
DJNZ R2,LOOP2
INC R0
INC R1
CJNE R1,#64,RTAB2
LJMP KEYP0
TONE2:
DB 0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FH
DB 0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB 0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H
DB 0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH
DB 0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFH
TABLE1:
DB 04,04,04,04,04,04,04,04,04,04
DB 04,05,04,04,04,04,04,04,04,04
DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB 04,04,04,06,04,04,04,07,04,04
DB 04,04,04,04
END
【电子音调发生的部分C语言程序】
/******键盘输入函数******/
uchar keyscan(uchar key){
if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==1)
{ //初始化
delay(20);
if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==1)
{
key=0;
}
}
if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==1)
{ //1音，SB1按下
delay(20);
if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==1)
{
key=1;
}
}
if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ //2音，SB2按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==1){
key=2;
}
}
if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==1){ //3音，SB3按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==1){
key=3;
}
}
if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ //4音，SB4按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==0){
key=4;
}
}
if(K1==0&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ //5音，SB1和SB2按下
delay(20);
if(K1==0&&K2==0&&K3==1&&K4==1){
key=5;
}
}
if(K1==1&&K2==0&&K3==0&&K4==1){ //6音，SB2和SB3按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==0&&K3==0&&K4==1){
key=6;
}
}
if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==0){ //7音，SB3和SB4按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==0){
key=7;
}
}
if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ //i音，SB1和SB4按下
delay(20);
if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==0){
key=8;
}
}
if(K1==0&&K2==1&&K3==0&&K4==1){ //第一首歌，SB1和SB3按下
delay(20);
if(K1==0&&K2==1&&K3==0&&K4==1){
key=9;
}
}
if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==0){ //第二首歌，SB2和SB4按下
delay(20);
if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==0){
key=10;
}
}
return (key);
}
/******延时函数******/
void delay(uint t){
uint i,j;
for(i=0;i<t;i++){
for(j=0;j<250;j++);
}
}
5 实验结果
电子音调发生器：下图是我按下S4时数码管显示“4”，蜂鸣器发出音调“4”，按下其它按键或按键组合出现类似结果。
图11 电子音调发生器运行图
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