1、T值12626458252365058229464685578651103330647786596516543496481969865178539264898784652176440649688806525274946503098865283图2-1各音符T值图另一方面是每个音符地发音长度，各节拍与时间地设定如图 2-2曲调值1/4拍时间1/8拍时间调4/4125ms62ms调3/4187ms94ms调2/4250ms图2-2节拍与时间设定图22按键选择方案在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口地占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通
2、过一个按键加以连接 这样,个端口（如P1 口）就可以构成4*4=16个按键3硬件设计本次设计是根据系统设计结构图来对每个部分地电路进行分析和说明，重点讲述微控制器AT89S51、七段数码管显示模块、扬声器 3.1 AT89S51AT89S51是一个低功耗，高性能 CMOS8位单片机，片内含 4k Bytes ISP（In-systemprogrammable）地可反复擦写 1000次地Flash只读程序存储器，器件采用 ATMEL公司地高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众
3、多嵌入式控制应用系统中得到广泛 应用.AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）地低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称 单片机.AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器地单片机 .图3-1 AT89S51引脚图主要功能特性1、4k Bytes Flash片内程序存储器;2、 128 bytes地随机存取数据存储器（RAM ）;3、 32个外部双向输入/输出（I/O ） 口；4、 6个中断源；5、 2个16位可编程定时器/计数器；6、 2个全双
4、工串行通信口；3.2矩阵式键盘地识别和显示3.2.1矩阵式键盘地结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口地占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接 .这样,一个端口（如P1 口）就可以构成4*4=16个按键，比直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且 线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20键地键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）矩阵式结构地键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电 阻接正电源，并将行线所接地单片机地 I/O 口作为输出端，而列线所接地 I/O 口则作为输入这
5、样，当按键没有按下时，所有地输出端都是高电平，代表无键按下 .行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线地状态就可得知是否有键按下了如图3-1=4L *itJi.piJLLm 1i q 1 0 0 *EJXlELL KJ2_pll i1 J 1| 9 11* =KiiJdLKjTpH- 1 1 ILl 1F3+3.2.2按键识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法 行扫描法行扫描法又称为逐行 （或列）扫描查询法，是一种最常用地按键识别方法 .判断键盘 中有无键按下将全部行线 Y0-Y3 置低电平，然后检测列线地状态 .只要有一列地电平为低，则表示键盘中
6、有键被按下，而且闭合地键位于低电平线与 4 根行线相交叉地 4 个按键之中 .若所 有列线均为高电平，则键盘中无键按下. 判断闭合键所在地位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键地过程 .其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平 .在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线地电平状态 .若某列为低，则该列线与置为低电平地行线交叉处地按键就是闭合地按键 .3.2.3 键盘口必须具有地四个功能键 盘 接 口必 须 具 有 去 抖 动 、 防 串 键 、按 键 识 别和 键 码 产 生 4 个 基 本 功 能. （ 1）去抖动 : 每个按键在按下或松开时，都会
7、产生短时间地抖动 .抖动地持续时间与键地质量相关，一般为 520mm. 所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定 接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误 .（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新地按键按 下时产生地问题 .常用地方法有双键锁定和 N 键轮回两种方法 .双键锁定，是当有两个或两个以上地按键按下时，只把最后释放地键当作有效键并产生相应地键码 .N 键轮回，是当检测到 有多个键被按下时，能根据发现它们地顺序依次产生相应键地键码.（ 3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决地主要问题，一般可通过软硬结合地方法完成 .常用地方法有行扫描法和
8、线反转法两种 . 行扫描法地基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到地列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机 系统中被广泛使用 .线反转法地基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提 供两个可编程地双向输入/输出端口.（ 4）键码产生：为了从键地行列坐标编码得到反映键功能地键码，一般在内存区中建立一 个键盘编码表，通过查表获得被按键地键码 .3.3 七段数码管3.3.1 七段数码管简介 （图 3-3）a、段及小数点上加限流电阻c、使用电流：静态：总电流 80mA （每段10mA ）;动态：平均电流 4-5mA 峰值电流（共100mA上面这个只是七段
9、数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极地是一样地阳管与共阴管地判断方法：在公共端加高电平，段码端加低电平，看是否点亮二极管，若亮则为共阳管，不亮则为共阴管）图3-3七段数码管引脚图332数码管地分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个 “8可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 共阳数码管是指将所有发光二极管地阳极接到一起形成公共阳极 （COM）地数码管共阳数码管在应用时应将公共极 COM接到+5V，当某一字段发光二极管地阴极为低电平时，相应字段就点亮 当某
10、一字段地阴极为高电平时，相应字段就不亮 共阴数码管是指将所有发光二极管地阴极接到一起形成公共阴极（COM）地数码管共阴数码管在应用时应将公共极 COM接到地线 GND上，当某一字段发光二极管地阳极为高电平时，相应字段就点亮3.4功率放大器功率放大器工作原理：利用三极管地电流控制作用或场效应管地电压控制作用将电源地功率转换为按照输入信号变化地电流 .因为声音是不同振幅和不同频率地波，即交流信号电流，三极管地集电极电流永远是基极电流地 B倍，B是三极管地交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过地电流会等于基极电流地 B倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流 （或电压）
11、是原先地 B倍地大信号，这现象成为三极管地放.如图3-4所示.大作用经过不断地电流放大，就完成了功率放大，简称功放动，所以要求功放原理图虑，功放输出地功率最 地，例如收音机中功放 2/3,因此要十分注意提 出功率与耗电功率地比 信号已经几级放大，有 功放管工作点大幅度移电路有较大地动态范围功放管地工作点选择不当，输出会有严重失真 为得到需要地输出功率，电路须选集电极功耗足够大地三极管，功放管地工作电流和集电极电压也较高 电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管 由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以功放电流调整和使用时要小心，不宜超限使用 选择是非常重要地我选择地是
12、LM386功放丄M386是专为低功耗电源设计地功率放大器集成电路，它地内建增益为20，透过Pin1和pin8脚位间电容地搭配，增益高达 200.LM386可使用电池供电其输入电压范围4V-12V,无动作是仅消耗 4mA电流，且失真低其LM386内部电路如图3-17乜源Tio 输出2地图3-5 LM386内部电路图第一级为差分放大电路， T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路地放 大管；T5和T6组成镜像电流源作为 T1和T2地有源负载；T3和T4信号从管地基极输入， 从T2管地集电极输出，为双端输入单端输出差分电路 使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路地增益
13、近似等于双端输出电容地增益第二级为共射放大电路， T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数第三级中地T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级二极管 D1和D2为输出级提供合适地偏置电压，可以消除交越失真引脚2为反相输入端，引脚 3为同相输入端电路由单电源供电，故为 OTL电路 输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载 电阻R7从输出端连接到 T2地发射极，形成反馈通路，并与 R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定地电压增益3.5基于单片机电子琴硬件电路图电子琴地整体硬件电路，包括以上设计地各个分块电路 另外还包括矩阵按键电路，指示
14、灯只是电路等，完整地电路如图 3-2所示图3-6电路硬件图4软件设计基于单片机地电子琴硬件电路已经确定，要实现其功能，需要软件支持，电子琴地工作原理前文已论述，设计框图如图 4所示图4程序流程图4.1电子琴总体软件设计它不但电子琴是高科技在音乐领域地一个代表，它是古典文化与现代文明地一个浓缩体 可以帮助我们地音乐教师进行传统音乐文化地教育教案工作，而且由于它又具备现代音乐,特别是电子音乐、电脑音乐地基本结构、特征，因而使我们地教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐地教案时，更直接、更简便单片微型计算机是大规模集成电路技术发展地产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳
15、定可靠、应用广泛地特点 .它地应用必定导致传统地控制技术从根本上发生变革.因此，单片机地开发应用已成为高科技和工程领域地一项重大课题电子琴基本工作流程如图 4-1所示：图4-1基本工作流程图（1）键盘扫描程序：检测是否有按键按下，有按键按下则记录按下键地键值，并跳转至功能转移程序；无按键按下，则返回键盘扫描程序继续检测.图 4-2图4-2键盘扫描程序流程图（2 ）功能转移程序：对检测到地按键值进行判断，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功能键则跳转至相应地功能程序（3）琴键处理程序：根据检测到地按键值，查询音调表，给定时计时器赋值，使发出相应频率键地声音.4.2电子琴按键软件设计基于单片机电子琴地
16、另一个重要功能就是要实现点击后发出类似钢琴那种管弦乐音 单片机控制核心通过拾取按键信息，判断是哪个按键按下，并对按键进行相应地出来，然后调动不同地频率输出，产生定时，去驱动蜂鸣器，实现电子弹奏功能 每一个音符对应一个频率利用实验仪上提供地键盘，使数字 1、2、3、4、5、6、7作为电子琴按键，按下即发出相应地音调，用P1.0 口发出音频脉冲，驱动喇叭 5调试结果（如图5）电路连线图通过键盘地按键 1、2、3、4、5、6、7键发出声音，当我按下 1键是发出声音 duo.当按下键2时发出声音re,当按下键3时发出声音mi,当按下键4时发出声音fa,当按下键5时发出声音 shuo,当按下键6时发出声
17、音na,当按下键7时发出声音xi.达到本次设计地效果.6结束语通过这次地设计提高了我运用所学地专业基础知识来解决面临实际问题地能力，同时也提高了我查阅各种文献资料、设计手册、设计规范以及软件编程排版地水平 対单片机课程设 计地整个流程和设计要求都有了深刻地认识，对以后地学习和设计都有很大地帮助 本论文是 在我地导师牟琳老师地亲切关怀和悉心指导下完成地 从课题地选择到最终完成，牟琳老师都参考文献1 谭会生 .张昌凡 .EDA 技术及应用（第二版） M. 西安电子科技大学出版社 ,2009 年 9 月.2 徐志军 . EDA 技术与 PLD 设计 M. 人民邮电出版社 , 2010年 2月第 1版
18、.3 赵鑫.数字电路设计 M. 北京机械工业出版社 ,2009 年 6月第一版 .4 苏家健、曹柏荣、汪志锋 .单片机原理及应用技术 M. 高等教育出版社 ,2012 年 6 月.5 美 Ashish Wilfred Meeta Gupta Kartik Bhatnagar 著,刘永明，贺民译 . php 专业工程实例开发 J. 水利水电出版社， 2009.6 于海生 . 微型计算机控制技术选编 M. 清华大学出版社， 2009.7 李 朝 青 . 单 片 机 原 理 及 接 口 技 术 M. 北 京 ： 北 京 航 天 航空 大 学 出 版 色 ， 2009.8 胡汉才 . 单片机原理及其接
19、口技术 M. 北京：清华大学出版社， 2009.附录源程序代码。连线 P1.0 VIN1OUTBIT equ 0e101h 位控制口IN equ 0e103h 键盘入口Pulse equ 0PulseCNT equ 50hToneHigh equ 51hToneLow equ 52hLJMP STARMIAN:DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H 。MIAN1:DB 02H, 00H,0D0H 。 .oINTS1: MOV DPTR,#0E100H DPTR=0E100HMOV A,#03HMOVX DPTR,AMOV TMOD,#01HMOV I
20、E,#82HINTS2: MOV A,#0FFHA=03HDPTR=03HTMOD=01H 定时计数器IE=82H 终端控制寄存器A=0FFHJZ INTS2累加器为 0 时跳转到 INTS2MOV R4,07HR4=07HMOV A,R4A=07HCLR C进位标志位 C 清 0SUBB A,#01HA=07H-01HJC INTS2进位标志位为 1 转到 INTS2SETB C进位标志位 C 置 1SUBB A,#07HA=07H-07HJNC INTS2进位标志位为 0 时转移到 INTS2ADD A,ACCA=A+ACCADD A,#0C0HA=A+0C0HMOV DPL,ADPL=A
21、CLR A累加 A 清 0ADDC A,#00HA=A+00H（ 带进位 ）MOV DPH,ADPH=A对累加器 A 清 0LCALL KEY1绝对调用子程序到 KEY1MOVC A,A+DPTR A=A+DPTRMOV R2,AR2=AMOV A,#01HA=01HMOV R3,AR3=AMOV A,R2A=R2MOV 09H,A09H=AMOV 08H,#00H08H=00HMOV 0AH,#00H0AH=00HMOV 0BH,R3OBH=R3MOV TH0,ATH0=A 为计数器高位赋值MOV TL0,0BHTL0=0BH 为计数器低位赋值SETB TR0启动定时器MOV 0CH,#0C
22、8H0CH=0C8HKEY:MOV A,0CHA=0CHJNZ KEY累加器为 1 时转移到 KEYCLR TR0对 TR0 清 0 TR0=0 时停止工作SJMP INTS2段转移到 INTS2KEY1:MOV R7,#06HR7=06HMOV R6,#20HR6=20HKEY2:MOV A,R6A=20HCPL A 累加器 A 求反MOV DPTR,#0E101H DPTR=0E101HMOVX DPTR,A DPTR=AMOV A,R6 A=20HCLR C 对 C 清 0RRC A 经过进位标志位地累加器循环右移MOV R6,A R6=AMOV DPTR,#0E103H DPTR=0E
23、103HMOVX A,DPTR A=DPTRCPLA累加器 A 求反ANLA,#0FHA=A&0FHMOVR5,AR5=ADEC R7R7 减 1MOV A,R7 A=R7JZ KEY3 累加器为 0 转移到 KEY3MOV A,R5 A=R5JZ KEY2 累加器为 0 转移到 KEY2KEY3: MOV A,R5 A=R5A,R7A=R7ADDA,ACC加 A 到累加器 ACCR7,A累加器内容传送到寄存器A,R5寄存器内容传送到累加器JZ TONE3为 0 则转移JNB ACC.1,TONE ACC.1 不为 1 则跳转到 TONE 标号处为 1 则向下顺序执行INC R7 寄存器增 1SJMP TONE2 短跳转到当前 TONE2 所指位置TONE:MOV A,R5A=R5JNB ACC.2,TONE1ACC.2 不为 1则跳转到 TONE1 标号处,为 1则向下顺序执行INC R7寄存器增 1SJMP TONE2短跳转到当前 TONE2 所指位置TONE1:JNB ACC.3
