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基于-单片机控制-电子琴论文.doc
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基于单片机控制-电子琴毕业论文.txt 你妈生你的时候是不是把人给扔了把胎盘养大?别把虾
米不当海鲜。别把虾米不当海鲜。 本文由施洲旭奉献
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毕业设计论文
课 题:电子琴 专 业:机电一体化 班 级:06G2B 设计人员:施洲旭 指导教师:余永
纪
第二技师学院
1
目
1. 概论 2. 硬件设计 2.1 总体设计 2.2 单片机外围电路 2.3 扬声器按钮及控制局部
3. 软件设计 3.1 总体流程图 3.2 主程序设计 4 . 安装调试 4.1 接及调试 4.2 焊接调试的
考前须知 4.3 整体调试中出现的问题 5. 6. 总结 附录
录
2
第 1 章 概
1.1 电子琴概念
论
简易电子琴构造组成: 电子乐器的构造较为复杂, 音源是由晶体管产生的 电 振动,
并通过音色回路而产生各种音色;同时由周波数调制产生颤音效果,由振 幅调制产生各种乐
器的音效。 乐器特色:属于电子乐器,发音音量可以自由调节。音域较宽,和声丰富, 甚
至可以演奏出一个管弦乐队的效果,表现力极其丰富。它还可模仿多种音色, 甚至可以奏出
常规乐器所无法发出的声音〔如人声,风雨声等〕 。 另外,电子琴在独奏时,还可随意配
上类似打击乐音响的节拍伴奏,适合 于演奏节奏性较强的现代音乐。另外,电子琴还安装有
混响、回声、延长音、震 音和颤音等多项功能装置,表达各种情绪时运用自如。 简易电子
琴是电声乐队的中坚力量,常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。 还常作为独奏乐器出现,
具有鲜明时代特色。但电子琴的局限性也十清楚显:旋 律与和声缺乏音量变化,过于协和、
单一;在模仿各类管、弦乐器时,音色还不 够逼真,模仿提琴类乐器的音色时,失真度更大,
还需要不断改良。
1.2 电子琴工作原理
大家都知道当物体振动时,能够发出声音。振动的频率不同,声音的音调就 不同。在简
易电子琴里,虽然没有振动的弦、簧、管等物体,却有许多特殊的电 装置, 每个电装置一
工作, 就会使喇叭发出一定频率的声音。 当按动某个琴键时, 就会使与它对应的电装置工
作,从而使喇叭发出某种音调的声音。 简单的说就是按键触发信号发给处理器, 再由处理
器调用音色库音色通过功 放电路输出或者通过数码接口进展数字输出。 控制面板上的按钮
来选择处理器对 音色、音量、输出方式、伴奏的控制。 振荡器是根据需要产生一定频率的
振荡信号, 振荡信号通过分频器分解成不 同频率的信号输送到放大器,放大器将信号放大,
推动扬声器发出声音。键盘实 际上就是一些开关,如果没有键盘,许多种频率的信号一齐进
到放大器里,通过 扬声器发出的声音就会乱七八糟,不成音乐。按下键盘的一支键,就等于
接通一 只开关,只允许某一种频率的信号通过到放大器里去,扬声器就发出一个音来。
3
这样,按照一定的演奏规律来按键,就能奏出美妙的音乐来。电源的任务是给各 局部供
电。 压控振荡器的输出 Uo 接至相位比拟器的一个输入端,其输出频率的 上下由低通滤波
器上建立起来的平均电压 Ud 大小决定。施加于相位比拟器另一 个输入端的外部输入信号 Ui
与来自压控振荡器的输出信号 Uo 相比拟, 比拟结果 产生的误差输出电压 UΨ 正比于 Ui
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和 Uo 两个信号的相位差, 经过低通滤波器滤 除高频分量后,得到一个平均值电压 Ud。
这个平均值电压 Ud 朝着减小 Co 输出 频率和输入频率之差的方向变化,直至 Vco 输出频
率和输入信号频率获得一致。 这时两个信号的频率一样,两相位差保持恒定〔即同步〕称作
相位锁定。 当锁相环入锁时,它还具有“捕捉〞信号的能力,Vco 可在某一围自动 跟踪输
入信号的变化,如果输入信号频率在锁相环的捕捉围发生变化,锁相 环能捕捉到输人信号频
率, 并强迫 Vco 锁定在这个频率上。 锁相环应用非常灵活, 如果输入信号频率 f1 不等
于 Vco 输出信号频率 f2, 而要求两者保持一定的关系, 例如比例关系或差值关系,那么
可以在外部参加一个运算器,以满足不同工作的需 要。 过去的锁相环多采用分立元件和模
拟电路构成,现在常使用集成电路的锁 相环,CD4046 是通用的 CMOS 锁相环集成电路,
其特点是电源电压围宽〔为 3V -18V〕 ,输入阻抗高(约 100MΩ),动态功耗小,在中心频
率 fo 为 10kHz 下功耗 仅为 600μW,属微功耗器件。 本设计主要是通过对电子琴主体局
部的电路进展模仿设计, 到达电子琴固有 的根本功能,故叫简易电子琴。利用定时器可发
出不同频率的脉冲,不同频率的 脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后,就会发出不同音调。其次,
定时器按设置的定 时参数产生中断,这一次中断发出脉冲低电平,下一次反转发出脉冲高电
平,由 于定时参数不同,就发出不同频率的脉冲,本设计中按键一次,会发出 50 个脉 冲,
松开后随之延时 10 个脉冲,但在延时的 10 个脉冲期间继续检测键盘,假设此 时又有键被
按下,假设被按下的仍为原键那么声音不变,否那么键盘会译出被按下的另 一个键的音调。
当简易电子琴发声时,除了发出某一频率的声音──基音以外,还会发出响 度较小、频率加
倍的辅助音──谐音。我们听到的乐器的声音是它发出的基音和 谐音混合而成的。不同的乐
器发出同一基音时,不仅谐音的数目不同,而且各谐 音的响度也不同。因而使不同的乐器具
有不同的音品。在电子琴里,除了有与基 音对应的电装置外,还有与许多谐音对应的电装置,
适当地选择不同的谐音电装
4
置,就可以模仿出不同乐器的声音来。 利用定时器可发出不同频率的脉冲, 不同频率
的脉冲经喇叭驱动电路放大滤 波后,就会发出不同音调。其次,定时器按设置的定时参数产
生中断,这一次中 断发出脉冲低电平,下一次反转发出脉冲高电平,由于定时参数不同,就
发出不 同频率的脉冲,本设计中按键一次,会发出 50 个脉冲,松开后随之延时 10 个脉
冲,但在延时的 10 个脉冲期间继续检测键盘,假设此时又有键被按下,假设被按下 的仍为
原键那么声音不变,否那么键盘会译出被按下的另一个键的音调。 本电路中的硬件比拟简单,
其功能的实现主要由软件完成。软件的设计思 路通过框图形式说明在正文中会有介绍。
5
第 2 章
2.1 总体设计
硬件设计
本设计的总体框图如图 2-1 所示,系统主要由单片机,扬声器电路,复位电 路,键盘
电路,晶振电路五局部组成,其中单片机是设计的核心,单片机能够检 测到键盘的按键,并
根据按键的位置通过程序来控制,使蜂鸣器发出不同频率的 声音,声音延迟延迟一段时间,
等到按键放开后,声音停顿。然后在继续扫描, 看是否有按键按下,如此循环下去,即实现
根本的琴键功能。
复位电路
片 机
单
电源
器
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键盘电路
晶振电路
图 2-1 设计总体框图
2.2 单片机外围电路
单片机是随着大规模集成电路的出现极其开展, 将计算机的 CPU, RAM, ROM,
定时/计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上,形成了芯片级的计算机,因此 单片机早
期的含义称为单片微型计算机(single chipmicroputer).它拥有优 异的性价比、集成度高、体积
小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显 著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业
检测控制、机电一体化等方面,并且取得 了显著的成果。 单片机应用系统可以分为:1.最小应
用系统是指能维持单片机运行的最简单 配置的系统。这种系统本钱低廉,构造简单,常构成
一些简单的控制系统,如开 关状态的输入/输出控制等。片有 ROM/EPROM 的单片机,其
最小应用系统即为 配有晶振,复位电路,电源的单个单片机.片无 ROM/EPROM 的单片机,
其最小 应用系统除了外部配置晶振,复位电路,电源外,还应外接 EPROM 或 EEPROM
作 为程序存储器用.2.最小功耗应用系统是指为了保证正常运行,系统的功耗最 小.3.典型应
用系统是指单片机要完成工业测控功能所必须的硬件构造系统。
6
在本系统中,我们使用的是 Atmel 公司生产的 AT89S52 单片机。AT89S52 是一个低功
耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片含 8K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000
次的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼
容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚构造,芯片集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash
存储单元,功能强大 的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比
的解决方 案。其主要特性如表 3.1:
表 3.1AT89S52 主要特性 兼容 MCS-51 指令系统 32 个双向 I/O 口 3 个 16 位可编程
定时/计数器 全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗
〔WDT〕电路 灵活的 ISP 字节和分页编程 8k 可反复擦写(>1000 次〕ISP Flash ROM
4.5-5.5V 工作电压 时钟频率 0-33MHz 256x8bit 部 RAM 低功耗空闲和省电模式 3 级加密位
软件设置空闲和省电功能 双数据存放器指针
2.21 晶振电路
设计的晶振电路如图 3.1 所示,AT89S52 系列单片机可以工作于 6MHz、 12MHz 等频
率下,这一频率产生于一个石英晶体振荡器,用于驱动 AT89S52 系 列单片机。因此,我们
针对 AT89S52 单片机,设计中采用 11.0592MHz 的石英 晶体和两个容值为 22PF 的电容。
Y2〔晶振〕直接跨接在 AT89S52 的 XTAL1、 XTAL2 两端,其中 C21、C22 为起振电容。
图 3.1 晶振电路
7
电路中的电容一般取 22PF 左右,而晶体振荡器的频率围通常是 1.2MHZ~ 12MHZ,
在本系统中使用的 11.0592MHZ,但我们必须注意的是振荡脉冲经过二分 频才作为系统的时
钟信号,在二分频的根底上再三分频产生 ALE 信号,在二分频 的根底上再进展六分频就得
到机器周期信号。 因此一个机器周期只有振荡周期的 1/12,我们使用的是 11.0592MHZ 晶振,
因此机器周期为 1/(11.0592*12)微秒。
2.22 复位电路
读 RST 引脚是单片机复位信号的输入端,复位信号为高电平有效,其有效时
间应持续 24 个振荡脉冲周期〔即 2 个机器周期〕以上,产生复位信号的电路逻 辑如
图 3.2 所示。
图 3.2 单片机复位电路
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