智能电子技术实践-课程设计-简易电子琴.doc

智能电子技术实践论文智能电子技术实践 课程设计简易电子琴设计 目录第1章 课程设计任务及要求21.1 设计任务21.2 设计要求2第2章 系统硬件设计22.1 基本要求22.2 硬件构成2第3章 系统软件设计33.1 设计方案33.2 电路原理43.3按键识别与音符:53.4 系统流程图5第4章 调试过程74.1实验步骤：74.2 硬件测试7第5章 成果75.1 实验现象：75.2 实物图片：8第6章 总结8第1章 课程设计任务及要求1.1 设计任务 1.1.1 任务设计一个单片机为核心，可演奏和弦的,音程为三组(GA)的电子琴。1.2 设计要求1.2.1要求（1）利用所给开关1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够用喇叭发出1、2、3、4、5、6、7、i。(2) 要求按下按键发声，松开延时一段时间停止。(3) 中间再按别的键则发另一音调的声音。第2章 系统硬件设计2.1 基本要求根据设计题目要求，该系统需要涉及如下几个方面：（1）电源部分（2）单片机部分（3）音频功放部分（4）扬声器、键盘部分1.电源部分设计由于本系统构造简单，使用5v稳压电供电即可。2.单片机部分设计2.2 硬件构成2.1.1 STC12C5A60S2单片机图1-1 STC12C5A60S2单片机引脚图2.1.2 引脚介绍P0.0P0.7(3932)：P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1.0P1.7(1-8)：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。P2.0P2.7(21-28)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P3.0P3.7(10-17)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。第3章 系统软件设计3.1 设计方案3.1.1 音乐产生原理所谓音频是指人耳所能听到的频率范围，为20Hz到20KHz。音乐中的音高一般以中央A为基准，其频率为440Hz，一个八度音程的频率关系为2倍的关系。一个八度中间有12个半音，2个半音之间相差（2）1/12倍。所以，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，我们只要把相应音阶对应频率关系弄正确即可。根据A到 A之间每半程音高频率分配如下：A#AB#B110.000000116.540940123.470825130.812783C#CD#D138.591315146.832384155.563492164.813778E#FG#G174.614116184.997211195.997718207.652349A#AB#B220.000000233.081881246.941651261.625565C#CD#D277.182631293.664768311.126984329.627557E#FG#G349.228231369.994423391.995436415.304698A#AB#B440.000000466.163762493.883301523.251131C#CD#D554.365262587.329536622.253967659.255114E#FG#G698.456463739.988845783.990872830.609395 表1-1所以，系统设计的主要任务既是当某个音高的键盘按下时，在扬声器中发出相应频率的声音即可。 3.1.2 方案设计具体过程：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。 3.2 电路原理音阶由不同频率的方波产生，音阶与频率的关系如下表所示：音调1234567i频率(Hz)262294330349392440494523X(Hex)F921F9E1FA8CFAD8FB68FBE9FC5BFC8F表1-2方波的频率由定时器控制。定时器计数溢出后，产生中断，将P1.0取反既得周期方波。每个音阶相应的定时器初值X可按如下方法计算： （1/2）*(1/f)=(12/fosc)*(216-X) 即X=216-（fosc/24f）当晶振fosc=11.0592NHz时，音阶“1”相应的定时器初值为X，则可得X=63777D=F921H,其他的可同样求的。3.3按键识别与音符:(1) 8个按钮键盘识别: (2)不同音符产生的方法图1-2 扬声器图3.4 系统流程图分析各项设计要求后，可绘制如下程序流程图图1-3第4章 调试过程4.1实验步骤：把已经编写且编译仿真通过的原理图下载到芯片上，按引脚图接好芯片的输入和输出，观察实验现象。然后插上电源。4.2 硬件测试： 刚下载成功后，插上电源，扬声器无响应。经过检查是扬声器正负极接错，改正重新下载。接通电源后扬声器先响一段时间，停止后，按下八个按键无回应。经过检查未发现原因出在何处。电路电压和元器件一切正常。最后检查软件程序，确定问题出现在按键程序上，通过改动，最后测试扬声器发出1234567i八个音阶。第5章 成果5.1 实验现象：插上电源，每按一次按键扬声器都能发出相应的声音来。按一个键后，延时一段时间后，按下一个键则发出另一个音节。实验时一次只能按一个按键，若同时按几个按键，可能得不到想要的结果。依次按键时，可以听到哆唻咪发唢喇嘻哆的声音。5.2 实物图片：第6章 总结本次课程设计，我们选择的是八音电子琴的设计，根据要求该课程需达到以下要求即：可通过键盘输入来控制扬声器；使扬声器能发出1234567i八个音阶。这次实验总共经历了两周的时间，从功能需求分析到功能分析，从程序的设计到程序的调试，下载，最后终于完成了这次具有实际使用价值的实验。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，大规模芯片已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握开发技术是十分重要的。 通过本次实验，我不仅可以巩固了以前所学过的知识，如数电知识，系统设计和VHDL语言，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，如实践经验，操作技巧。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，光看书不进行相关的练习是行不通的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，把以前所学过的知识重新温故，全部整合，进一步深刻理解。在设计一个具有某功能电路时，第一步也是最真要的一步，做出整个系统的方框图，并确定这个方案可行，再把其中的某个特定功能的模块分开来设计，分别编写，编译仿真，最后再把各个模块按系统方框图连接起来。当某个功能没实现时，就去重点检查那个功能的模块。下载到芯片上具体实现电路功能时，一定要细心耐心，仔细真实的记录下实验现象，并多次检验，这样才能更好的分析自己设计的电路的优点和不足，并进一步的加以改进。这次实验中由于自己准备不足而留下了些遗憾，但总体还是好的，知识的运用与发挥就在于自己平时所得到和积累下来的，我们要学会学习的能力，能够举一反三，触类旁通，这样对于自己以后的发展是很有帮助的，因此我们需要在学习中学习，在实践中找出答。附录1 电路整体图附录2 课程程序代码/-电子音调实验-/-头文件引用-#include#include#include/-宏声明-#define uchar unsigned charsfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR = 0xbc;sfr ADC_RES = 0xbd;sfr ADC_RESL= 0xbe;void GET_AD_Result();void AD_init( );/-变量定义-uchar fh,fl;/定义频率高低位变量sbit BEEP=P33;uchar key_b,i; /键值uchar time_flag; /8ms标志uchar key_flag,temp1,temp2,no_key; /AD采样次数，键值采样次数uchar code f=0xFC,0x8F,0xFC,0x5B,0xFB,0xE9,0xFB,0x68, /音阶频率表i,7,6,5 0xFA,0xD8,0xFA,0x8C,0xF9,0xE1,0xF9,0x21;/4，3，2，1uchar AD_value; /-定时器中断- /-初始化-void first()TMOD=0x11;/T0 方式 1TR1=0;/关 T0ET1=1;EA=1;/开中断/*AD按键*/-/-void AD_init( )/void AD_init(uchar AD_port_sel ) /ADC初始化ADC_CONTR|=0x80; /开ADC电源 P1ASF=0x01; /设置P1.0高阻输入方式ADC_CONTR=0xe8; /启动AD转换 /-void GET_AD_Result()/启动AD转换并返回转换值 uchar temp;temp=0x10; /判转换结束标志 ADC_FLAGtemp&=ADC_CONTR;if ( temp )key_b=ADC_RES;/读取AD数据ADC_CONTR&=0xe0;/清转换结束标志ADC_FLAGelseADC_RES=0;/清转换数据高8位ADC_RESL=0;/清转换数据低2位ADC_CONTR|=0xe8;/启动AD转换 ADC_START/-unsigned char scan_key()GET_AD_Result();if( key_b=252) return(0);elseif( key_b=225) return(1); elseif( key_b=221) return(2); elseif( key_b=216) return(3);elseif( key_b=210) return(4);elseif( key_b=196) return(5);elseif( key_b=186) return(6);elseif( key_b=165) return(7);elseif( key_b=122) return(8);/-void key()time_flag=0; /8ms定时标志if ( !key_flag )key_flag=1;temp1=scan_key();elsekey_flag=0;temp2=scan_key(); if (temp2=temp1)if ( temp1=0 )no_key = 1 ;else if ( no_key )no_key = 0 ;switch (temp1) case 1:/z增 fh=f14;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f15;TR1=1;break; case 2:/减 fh=f12;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f13;TR1=1;break; case 3:/模式 fh=f10;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f11;TR1=1;break; case 4: fh=f8;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f9;TR1=1;break;case 5:fh=f6;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f7;TR1=1;break; case 6:fh=f4;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f5;TR1=1;break; case 7: fh=f2;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f3;TR1=1;break; case 8:fh=f0;/查表,将频率定时器高低位存入变量fl=f1;TR1=1;break; default:break;/-主程序-main() key_flag=0; /键扫描次数 no_key=1; P2=0xff; P0=0xff; TMOD=0x11;/方式寄存器初值 TH0=(65536-1000)/256;/ 定时器0设置初始值1ms中断初始值 TL0=(65536-1000)%256;/ EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1;/起动定时器0 AD_init( ); first();/初始化while(1)if(time_flag) key(); void time0() interrupt 1 using 2/定时器0中断函数 TF0=0;/定时器0中断溢出标志清0 TH0=(65536-1000)/256;/定时器0设置初始值1ms中断初始值 TL0=(65536-1000)%256; i+; if(i=8)i=0;time_flag=1; void intt1() interrupt 3 TR1=0;/T0 关闭 BEEP=BEEP;TH1=fh;/重载定时器TL1=fl;TR1=1;/T0 允许14