单片机课程设计报告电子琴.doc

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电子音调发生器
一、 实验目的
1. 了解计算机发声原理。
2. 熟悉定时器和键盘扫描电路的工作原理及编程方法。
二、 实验完成的功能
1. 利用键盘1~7进行音调选择, 即按下音符产生对应音调。
2. 事先存储三首歌曲, 并可进行选择播放。
3. 谱曲功能: 经过按键对LCD菜单选项进行选择, 进入谱曲界面, 经过按键1~7分别输入音高与几分音符类型, 由按键输入若干数据完成谱曲。
4. 在播放存储歌曲与谱曲播放时, 对应音符及其节奏LCD显示对应频谱。
5. 在播放音乐时按”返回”键出现返回界面, 由键盘按”确认”键选择返回主菜单或循环播放。
三、 实验原理
1. 音节由不同频率的方波产生, 音节与频率的关系如表( 1) 所示。要产生音频方波, 只要计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( P1.7) 反相, 然后重复计时此半周期时间再对I/O反相, 就可在P1.7脚得到此频率的方波。将P1.7经过驱动电路与蜂鸣器相连, 随着P1.7口输出不同频率的方波, 蜂鸣器便会发出不同的声音。音乐的节拍是由延时实现的, 如果1拍的时间为0.4秒, 1/4拍是0.1秒。只要设定延时时间, 就可得到节拍的时间。延时实现基本延时时间, 节拍值只能是它的整数倍。
每个音节相应的定时器初值计算公式如下:
( 1/2) *(1/f)=(12/fose)*(216-x)
即 x=216-(fose/24f)
其中, f是音调频率, 当晶振fosc=11.0592MHz时, 音节”1”相应的定时器初值为x, 则可得到x=63777D=F921H, 其它的可同样得到。
表( 1) 音节与频率的关系
音调
频率( Hz)
X(HEX)
1
262
F921
2
294
F9E1
3
330
FA8C
4
349
FAD8
5
392
FB68
6
440
FBE9
7
494
FC5B
i
523
FC8F

在编写歌曲代码过程中, 音高由三位数字组成: 个位是表示1~7 这七个音符; 十位是表示音符所在的音区:1-低音, -中音, -高音; 百位表示这个音符是否要升半音: 0-不升, -升半音。音长最多由三位数字组成: 个位表示音符的时值, 其对应关系是:
|数值(n): |0 |1 |2 |3 | 4 | 5 | 6
|几分音符: |1 |2 |4 |8 |16 |32 |64 音符=2^n
十位表示音符的演奏效果(0-2): 0-普通, -连音, -顿音, 百位是符点位: 0-无符点, 1-有符点。
2．键盘扫描
将单片机P1.0~P1.7(引脚1~8)与键盘上对应引脚相连, 其中P1.0~P1.3控制键盘的行, P1.4~P1.7控制键盘的列, 这次使用的键盘是4行4列, 键盘上的第一行到第四行由8位十六进制代码的低四位控制, 即第一行若有键按下, 则8位十六进制代码的后四位为0x8, 第二行有按键按下, 则后四位代码为0x4, 依此规律类推; 键盘上的第一列到第四列由8位十六进制代码的高四位控制, 即第一列若有键按下, 则8位十六进制代码的前四位为0x8, 第二列有按键按下, 则前四位代码为0x4, 依此规律类推。综上所述, 能够根据8位十六进制的高四位和低四位数据, 分别确定按下的键处于第几行第几列, 从而确定按键的位置, 实现键盘扫描的功能。
3．LCD显示
根据写命令函数wrcomd和写数据函数wrdata分别控制LCD的命令写入和数据写入。具体操作方法是由写命令函数wrcomd编程控制数据输入的行列, 再由写数据函数wrdata编程写入需要在LCD上显示的数据或应执行的操作, 结合两个命令一起控制LCD显示。
四．产品展示

五.实验程序
#ifndef _DRIVEFUTION_H_
#define _DRIVEFUTION_H_
/*********************EEPROM函数*******************/
/**************************************************/

/****************** 关闭 ISP,IAP 功能 **************/
void ISP_IAP_disable(void)
{
ISP_CONTR = 0X00;
ISP_CMD = 0X00;
ISP_TRIG = 0x00;
}
/*******************字节读***************************/
uchar Byte_read(uint byte_addr)
{
EA = 0; //关中断
ISP_CONTR = En_Wait_TIME; //开启ISP/IAP;并送等待时间
ISP_CMD = Read_COM; //送字节读命令字
ISP_ADDRH = (uchar)(byte_addr >> 8); //送地址高字节
ISP_ADDRL = (uchar)(byte_addr & 0X00FF); //送地址低字节
ISP_TRIG = 0X46; //送触发命令字 0X46、 0XB9
ISP_TRIG = 0XB9;
_nop_();
ISP_IAP_disable(); //关闭ISP/IAP功能
EA = 1; //开中断
return (ISP_DATA);
}
/********************字节编程***********************/

void Byte_program(uint byte_addr, uchar isp_iap_data)
{
EA = 0; //关中断
ISP_CONTR = En_Wait_TIME; //开启ISP/IAP;并送等待时间
ISP_CMD = Prog_COM; //送字节编程命令字
ISP_ADDRH = (uchar)(byte_addr >> 8); //送地址高字节
ISP_ADDRL = (uchar)(byte_addr & 0X00FF); //送地址低字节
ISP_DATA = isp_iap_data; //送数据进ISP_DATA
ISP_TRIG = 0X46; //送触发命令字 0X46、 0XB9
ISP_TRIG = 0XB9;
_nop_();
ISP_IAP_disable(); //关闭ISP/IAP功能
EA = 1; //开中断
}

/********************* 扇区擦除*********************/
void Sector_erase(uint sector_addr)
{
EA = 0; //关中断
ISP_CONTR = En_Wait_TIME; //开启ISP/IAP;并送等待时间
ISP_CMD = Dele_COM; //送扇区擦除命令字
ISP_ADDRH = (uchar)(sector_addr >> 8); //送地址高字节
ISP_ADDRL = (uchar)(sector_addr & 0X00FF); //送地址低字节
ISP_TRIG = 0X46; //送触发命令字 0X46、 0XB9
ISP_TRIG = 0XB9;
_nop_();
ISP_IAP_disable(); //关闭ISP/IAP功能
EA = 1;
}
/*********************写入函数**********************/
void EEPROM_write(uint addr, uchar in_data)
{
Sector_erase(addr);
Byte_program(addr,in_data);
}
/*********************EEPROM函数*******************/
/**************************************************/

/***************音乐播放相关子函数*******************/
/****************************************************/
void InitialSound(void) //初始化定时器
{
BeepIO = 0;
Sound_Temp_TH1 = (65535-(1/1200)*SYSTEM_OSC)/256; // 计算TL1应装入的初值 (10ms的初装值)
Sound_Temp_TL1 = (65535-(1/1200)*SYSTEM_OSC)%256; // 计算TH1应装入的初值
TH1 = Sound_Temp_TH1;
TL1 = Sound_Temp_TL1;
TMOD |= 0x11;
ET0 = 1;
ET1 = 0;
TR0 = 0;
TR1 = 0;
EA = 1;
}
void BeepTimer0(void) interrupt 1 //音符发生中断函数
{
BeepIO = !BeepIO;
TH0 = Sound_Temp_TH0;
TL0 = Sound_Temp_TL0;
}
/*********************END****************************/
/****************************************************/

/*****************LCD操作子函数**********************/
/****************************************************/
void wrcomd(char comd) //写入命令
{
cs = 0; _nop_();
rs = 0; _nop_();
e = 1; _nop_();
rw = 0; _nop_();
P0 = comd; _nop_();
rw = 0; _nop_(); _nop_();
rw = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}

void wrdata(char data_wri) //往液晶中写入数据
{
cs = 0; _nop_();
rs = 1; _nop_();
e = 1; _nop_();
rw = 0; _nop_();
P0 = data_wri; _nop_();
rw = 0; _nop_(); _nop_();
rw = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
}

void bmp(char data_write,int row_start,int row_end,uchar column_start,uchar column_end) //刷屏子函数
//初始化设置, 对屏幕清零,默认值, 为0, 0, 8, 2, 132
{
unsigned char i,j;
int num_3;
char num_0=0xb0;
//uchar column_h,column_l;
num_0+=row_start;
for(i=row_start;i<row_end;i++)
{
num_3 = column_end;
wrcomd(num_0); // 写入命令设置页, 从0页开始, 0xb0=10110000 ; delay( time_def) ;//设置页
wrcomd(0x10|(0xf0&column_start)>>4); //设置列,先写入高4位再写入低四位
wrcomd(0x00|(0x0f&column_start));
for(j=column_start;j<num_3;j++)
{
wrdata(data_write);
}
num_0++;
}
}

void delay(long int time_delay) //延时子程序, 执行time_delay个_nop_()延时
{
long int i;
for(i=0;i<time_delay;i++)
_nop_();
}

void write_word(char *p_word,int num,int pos_x,int pos_y,int width,int height) //写汉字/字符子函数
//对应参数 数据数组名, 数组中位置, 行位置, 列位置, 宽, 高
{
char page; // 页号
unsigned int i,j,k,p;
p = (unsigned int)num*2*width; //p确定汉字字模数据初始位置
i = height%8;
k = (i)?(height/8+1):(height/8);
page = 0xb0 + pos_y;
for(i=0;i<2;i++)
{
wrcomd(page);
wrcomd(0x10|(0xf0&pos_x)>>4);
wrcomd(0x00|(0x0f&pos_x));
for(j=0;j<width;j++)
{
wrdata(p_word[j+p]);

}
p=p+width;
page++;
if(page-(unsigned char)0xb0>7||page-(unsigned char)0xb0<0)
return;
}
}
/**************************END***********************/
/****************************************************/

/****************** 键盘扫描函数*********************/
/****************************************************/
/****************判断是否有键盘输入*********************/
bit CheckState(void) //键盘状态判断子函数
{
bit state=0;
P1=0x0F; //键盘扫描
if(P1!=0x0F)state=1; //检测是否有按键输入
else state=0;
return(state);
}
/******************获取键盘输入值*****************/
uchar GetKeys(void) //键盘值获取子函数
{
uchar column,line;
scan=0xFE;
while((scan&0x10)!=0)
{
P1=scan;
if((P1&0xF0)!=0xF0) //line 1 have key pressed
{
column=~(P1|0x0F);
line=~(scan|0xF0);
key=column+line;
return(key);
}
else scan=(scan<<1)|0x01;
}
return(0);
}
/******************应用子函数*****************/
/*********************************************/
void csh(void) //初始化, 清屏
{
int i;
res = 0;
delay(time_def);
delay(time_def);
res = 1;
delay(time_def);
cs = 0; //片选一直有效
delay(time_def);
delay(time_def);
for(i=0;i<12;i++) //初始命令写入
{
wrcomd(tab1[i]);
delay(time_def);
}
bmp(0,0,8,0,132);
}
void start_print(void) //开机显示画面子函数
{
int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
{
write_word(star_welcome,i,36+i*16,2,16,16);
if((i+4)<7)
{
write_word(star_welcome,i+4,44+i*16,4,16,16);
if((i+7)<10)
{
write_word(star_welcome,i+7,36+i*16,6,16,16);
}
}
}
write_word(number,10,4+5*16,6,8,16);
for(j=5;j>=0;j--)
{
write_word(number,j,12+5*16,6,8,16);
delay(5000);
}
}
void menu_first_symbol(int choose) //菜单选择符刷新子函数, 即”打钩项”
{
bmp(0,0,8,4,18);
write_word(menu_one,20,4,choose*2,16,16);
}

/*********************音乐播放显示函数******************/
/*******************************************************/
void music_display_one(unsigned char s,unsigned int x) //显示最底层子函数
{
int i;
bmp(0,2,8,18+x*16,34+x*16);
for(i=3;i>0;i--)
{
if(s!=0)
{
write_word(display,1,20+16*x,2*i,16,16);
s=s-1;
}
else
{
write_word(display,0,20+16*x,2*i,16,16);
//delay(200);
}
}
}

void music_display_two(unsigned int p_x) //显示次底层子函数
{
int sign;
sign=mc_size[p_x][0];
if(sign)
{
if(!size[p_x])
{
sign=0;
mc_size[p_x][0]=sign;
mc_size[p_x][1]=0;
}
else
{
music_display_one(size[p_x],p_x);
mc_size[p_x][1]+=1;
if(mc_size[p_x][1]>3)
size[p_x]-=1;
else
size[p_x]+=1;
}
}
/*************************************/
else
{
bmp(0,2,8,18+p_x*16,34+p_x*16);
write_word(display,2,20+16*p_x,6,16,16);
//delay(500);
}
/************************************/
}
void music_display_three(unsigned int mc) //音符状态置位函数
{
mc_size[mc-1][0]=1;
mc_size[mc-1][1]=1;
size[mc-1]=1;
}
void music_display_four(void) //显示次顶层子函数
{
int i;
for(i=0;i<7;i++)
{
music_display_two(i);
}
}
void music_display_five() //显示顶层子函数
{
int i;
allsize=0;
for(i=0;i<7;i++)
allsize+=mc_size[i][0];
music_display_four();
}
/*
void music_display(void) //显示主函数
{
int i;
for(i=0;i<10;i++)
{
music_display_three(music_code[i]);
music_display_five();
}
while(allsize)
music_display_five();
}*/
void display_between_musicplay(unsigned int tone) //播放音乐同时显示音符显示界面
{
music_display_three(tone);
music_display_five();
}
/****************************************************/

/*********************播放子程序*********************/
void music_play_one(uint *NewFreTab,uchar Tone,uchar Length,uint LDiv0,uint LDiv1)
//频率表, 音符, 音长, 1 /Speed, ((1 /Speed)/4)-((1 /Speed)/4)*SOUND_SPACE
{
unsigned char SL,SH,SM,SLen,XG,FD;
uint i,Temp_T,CurrentFre,LDiv,LDiv2,LDiv3;
SL=Tone%10; //计算出音符
SM=Tone/10%10; //计算出高低音
SH=Tone/100; //计算出是否升半
CurrentFre = NewFreTab[SignTab[SL-1]+SH]; //查出对应音符的频率
if(SL!=0)
{
if (SM==1) CurrentFre >>= 2; //低音
if (SM==3) CurrentFre <<= 2; //高音
Temp_T = 65536-(50000/CurrentFre)*10/(1 000/SYSTEM_OSC);//计算计数器初值
Sound_Temp_TH0 = Temp_T/256;
Sound_Temp_TL0 = Temp_T%256;
TH0 = Sound_Temp_TH0;
TL0 = Sound_Temp_TL0 + 12; //加12是对中断延时的补偿
}

SLen=LengthTab[Length%10]; //算出是几分音符
XG=Length/10%10; //算出音符类型(0普通1连音2顿音)
FD=Length/100;
LDiv=LDiv0/SLen; //算出连音音符演奏的长度(多少个10ms)
if (FD==1)
LDiv=LDiv+LDiv/2;
if(XG!=1)
if(XG==0) //算出普通音符的演奏长度
if (SLen<=4)
LDiv2=LDiv-LDiv1;
else
LDiv2=LDiv*SOUND_SPACE;
else
LDiv2=LDiv/2; //算出顿音的演奏长度
else
LDiv2=LDiv;
if(SL==0) LDiv2=0;
LDiv3=LDiv-LDiv2; //算出不发音的长度
if (SL!=0)
{
TR0=1;
for(i=LDiv2;i>0;i--) //发规定长度的音
{
while(TF1==0);
TH1 = Sound_Temp_TH1;
TL1 = Sound_Temp_TL1;
TF1=0;
}
}
display_between_musicplay(SL); //? ? ? 要结合音长来控制其显示时间, 弄清音长问题? ? ?
if(LDiv3!=0)
{
TR0=0; BeepIO=0;
for(i=LDiv3;i>0;i--) //音符间的间隔
{
while(TF1==0);
TH1 = Sound_Temp_TH1;
TL1 = Sound_Temp_TL1;
TF1=0;
}
}
}
/**************************************************************************/

/**************************************************************/
void music_play_two_1(uchar *Sound,uint *NewFreTab,uint SoundLength,uint LDiv0,uint LDiv1)
//播放原存储的音乐
{
uint xdata Point;
uchar xdata Tone,Length,i;
Point = 0;
TR0 = 0;
TR1 = 1;
for(i=0;i<4;i++)
write_word(menu_one,i+1,4+(i+2)*16,0,16,16);
while(Point < SoundLength)
{
Tone = Sound[Point];
Length = Sound[Point+1]; // 读出第一个音符和它时时值
music_play_one(NewFreTab,Tone,Length,LDiv0,LDiv1);
Point+=2;
}
BeepIO = 0;
while(allsize)
music_display_five();
}
void music_play_two_2(uint *NewFreTab,uint SoundLength,uint LDiv0,uint LDiv1)
//播放谱曲存储的音乐
{
uint xdata Point;
uchar xdata Tone,Length,i;
Point = 0;
TR0 = 0;
TR1 = 1;
for(i=0;i<4;i++)
write_word(menu_one,i+1,4+(i+2)*16,0,16,16);
while(Point < SoundLength)
{
Tone = Byte_read(start_add+Point);
Length = Byte_read(start_add+Point+1); // 读出第一个音符和它时时值
music_play_one(NewFreTab,Tone,Length,LDiv0,LDiv1);
Point+=2;
}
BeepIO = 0;
while(allsize) //显示末尾结束的状态
music_display_five();
}
//**************************************************************************
void Play_Two(unsigned char *Sound,unsigned char Signature,unsigned char Octachord)
{
unsigned int xdata NewFreTab[12]; //新的频率表
unsigned char xdata i,j;
unsigned int xdata LDiv0,LDiv1,SoundLength;
menu_state=1;

for(i=0;i<12;i++) // 根据调号及升降八度来生成新的频率表
{
j = i + Signature;
if(j > 11)
{
j = j-12;
NewFreTab[i] = FreTab[j]*2;
}
else
NewFreTab[i] = FreTab[j];

if(Octachord == 1)
NewFreTab[i]>>=2;
else if(Octachord == 3)
NewFreTab[i]<<=2;
}

LDiv0=1 /Speed; // 算出1分音符的长度(几个10ms)
LDiv1= LDiv0/4; // LDiv为算出4分音符的长度
LDiv1= LDiv1-LDiv1*SOUND_SPACE; // LDiv最后为普通音最长间隔标准

SoundLength = 0;
if(Sound!=Music_Memory) //
{
while(Sound[SoundLength] != 0x00) //计算歌曲长度
SoundLength+=2;
for(i=0;i<4;i++)
write_word(menu_one,i+1,4+(i+2)*16,0,16,16);
while(menu_state) //
{
music_play_two_1(Sound,NewFreTab,SoundLength,LDiv0,LDiv1);
bmp(0,0,8,2,132)