电子琴详细设计说明书(附程序及设计过程)

《微型计算机系统》课程设计说明书专业名称：班级：学号：姓名：指导教师：日期：目录一、设计的目的和意义 (1)二、设计原理及规模 (2)三、正文………………………………………………………四、结论………………………………………………………五、参考书目…………………………………………………六、附录………………………………………………………一、设计的目的：本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，故叫简易电子琴。

设计运用单片机的相关知识，通过单片机的汇编语言进行程序，实现简单的功能，发出不同音调的音阶节拍。

二、设计原理：基于单片机的程序执行与分析的功能及应用，利用端口的低电平触发和无源蜂鸣器方波鸣响原理，设计按键、程序、连接方式，实现按键、信号和发音的顺序执行。

三、正文（一）硬件部分1、系统框图2、各部分元器件的确定 1)我们组选择了13个按键，因为13个按键能发出13个音阶，其中低音3个分别为567，中音7个分别为1234567，高音3个123，这样产生的音阶范围比较广，能够弹奏一般程度上的歌曲。

端口及含义初状态 动状态 P3端口 1111 1111 0FFH xxxx xxxx P0端口 1111 1111 0FFH 1xxx xxxxP3 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0蜂鸣器 低5 中1 低6 中2 低7 中3 中4单 片 机蜂 鸣 器键 盘P0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 空空高2 中5 中6 高1 中7 高3说明：（与实物对应的按键）复位键中1 中2 中3 中4 中5 中6 中7低5 低6 低7 高1 高2 高32)选用AT89C51单片机3)选用无源蜂鸣器，矩形方波触发原理，方波周期决定音色，周期循环次数决定接拍。

（二）软件部分（一）音调问题：1、音调有声音的频率确定。

2、改变单片机输出脉冲高低电平的保持时间和频率，就可以得到音阶和调节不同的音调。

电路制作连续不断连续周期性地改变P1.0的高、迪电平，就会产生一定频率的矩形波，蜂鸣器就能发出一定频率的声音，若再配合延时程序控制高、低电平的持续时间，就能改变音调。

开始按键 有无P3.X =0?P3相应 子程序确定 X=?P1相应子 程序 确定 X=?P0.X =0?NYY YNN（二）产生音阶1、产生音阶如发出200Hz的音频，其周期为1/200S，即5ms,只需P1.0引脚输出高电平或低电平的持续周期分别为2.5ms，就能发出200HZ的音频。

20us延时子程序DEL20如下：(2.5ms=2.5*10^3us=2500us频率为12MHZ，机器周期为1us，频率为6MHZ，机器周期为2us)DEL20: MOV R4, #05HDEL: NOPDJNZ R4, DELDJNZ R3, DEL20RET要发出200HZ的音频，R3=125(70H),延时2500us程序如下DEL2500: MOV R3, #125ACALL DEL2500SJMP $2、细致分析（延时程序，音节频率）单片机演奏音乐各音节频率（频率越高调越高）音调音阶频率/HZ 音调音阶频率/HZ 音调音阶频率/HZ低1DO 262 中1 523 高1 1046低2RE 294 中2 587 高2 1175低3M 330 中3 659 高3 1318低4FA 349 中4 698 高4 1397低5SO 392 中5 784 高5 1568低6LA 440 中6 880 高6 1760低7SI 494 中7 988 高7 1967 由表知，中音1频率为523HZ，周期为1/523s，即1.91ms。

所以，P1.0引脚输出的高电平或低电平的持续时间应该为1.91ms/2=0.96ms。

前面已经编写了延时20us的子程序DEL20，那么R3的取值为0.96ms/20us=48=30H，以此类推得：部分音阶，频率，R3内容对照表音调音阶频率/HZ R3 音调音阶频率/HZ R3低5 392 40H 中5 784 20H低6 440 39H 中6 880 1CH低7 494 32H 中7 988 19H中1 523 30H 高1 1046 18H中2 587 28H 高2 1175 15H中3 659 26H 高3 1318 13H中4 698 24H(三)确定节拍1）节拍是反映一首乐曲节奏特征最重要的标志。

例如，1拍，2拍，1/2拍，1/4拍。

要准确演奏出一首曲子，必须要准确地控制乐曲的节奏，即每一音阶的持续时间。

如果一首曲子的节奏为每分钟94拍，那么一拍就为60/94=0.64s。

2）选择12MHZ晶振，用定时器TO不能直接获得0.64s的定时，可以间接获得。

TO最大定时时间不会超过65ms。

所以，要获得0.64s的延时，可先利用定时器TO产生10ms定时，然后用中断方式对定时时间到进行计数，通过计数次数来控制延时时间的长短，也可以通过软件查询方式对定时时间到进行计数。

例如：产生1/4拍的延时时间为0.16s，相应的计数次数应为16（10H）；产生3拍的延时为1.92s，相应的计数次数为192（C0H）。

在编制音乐程序时，只要根据乐谱中每一音阶的节拍要求确定出计数次数，在调用TO定时字程序，就能按揭拍演奏乐曲了。

现在将面前发中音DO的程序改写成发音节奏为1拍的程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 000BH TO中断入口AJMP CONTORG 0100HMIAN: JB P3.0，$ 一直判断有无按键按下 MOV TMOD，#01H TO选工作方式1MOV TH0，#0DBH TO置初值MOV TL0，#0FFHMOV IE,#82H 相当于EA=1，ET0=1SET TR0 启动TOMOV 20H，#00H 中断计数单元清0 LOOP: SETB P1.0 置1P1.0端口MOV R3，#30H 定时延时产生音阶DOACALL DEL20CLR P1.0 半周期完了条变为0MOV R3，#30H 再延时同样时间ACALL DEL20 完成一次完整周期MOV A,20H 20H地址的用处在这体现了 CJNE A,#40H,Loop 一周期持续次数，即控制节拍SJMP MAIN 返回主程序重新判断MOV R4,#05H 发音阶（通过周期）延时程序 NOPDJNZ R4,DEL4DJNZ R3,DELRETINC 20H 每次溢出CPU自动中断并动作执行MOV TH0,#0DBHMOV TL0,#0FFHRET1END若要将中音DO的节拍变为2拍，只要把“CJNE A,#40H,Loop”中“#40H”改为“80H”即可。

3）条件：（定时器10ms-中断）节拍与节拍常数M对照表（每1个音符都有不同的节拍）节拍节拍常数节拍节拍常数1/4拍 10H 1 又1/4拍 50H2/4拍 20H 1 又2/4拍 60H3/4拍 30H 2拍 80H4/4拍 40H四、系统调试：1、出现的问题：1）焊接元件时焊点太大导致线路短路排阻焊接时不整齐2）单片机安装反了导致装载程序时单片机被烧坏3）按键与音节的最初设置不相匹配4）程序的子程序调用因为偏移量的问题限制了程序不能正确的运行执行。

5）因为自身开发板的限制本电子琴设计实验需要外扩万用板连接多个按键。

6）由于最初线路短路原因，使得下载线烧坏不能完成程序的下载与通电。

7）电子琴按键较多连线非常繁琐使得硬件进程减缓。

2、解决方法：1）由于杜邦线接头比较密集，不容易焊接，我们工作时两个人精心合作使焊点尽量减小。

2）认真学习正确的单片机安装方法3）通过硬件实际连接方式修改软件程序，不断进行修改调整，实现最后的软硬件相匹配。

4）从主程序中添加一个对应的程序语句实现程序的调用，比如LCALL指令实现程序修正。

5）通过插针插母排线作为连接中介实现万用板与开发板的链接。

6）运用万用表检测万用板及下载线损坏之处，进行修改与修复来完善硬件设计。

7）根据电子琴设计要求在外扩的万用板上按相应的顺序最优化按键的排布，系统准确清晰便捷进行按键的排线布线。

3、心得：经过几天的单片机课程设计，我们小组终于完成了的电子琴的设计，并且实现了电子琴的基本功能。

这个学期以来，我们一直在学习单片机的基本理论，感觉自己学的还不错，一直以来也很想做点东西，把理论用于实践，也感觉自己能行，但是通过这次课程设计，发现存在很多问题，实践是需要理论来指导，可是理论用于实践不像自己想像的那么简单。

从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来，高兴之余不得不深思呀！在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过类似的设计，但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件的设计和元件的焊接，需要有很巧妙的程序编写，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，同时写好完整的程序后需要用这些元件来检验，所以元件正确的焊接也是很重要的。

从这次的课程设计中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。

4、结束语：通过本次电子琴的制作，我初步掌握了单片机设计的原理。

通过这次的设计使我认识到学习与实践相结合的重要性，对于书本上的很多知识，不但要学会，更重要的是会运用到实践中去。

在以后的学习中，我会更加注重实践方面的学习，多锻炼自己的动手操作能力，为以后走向社会打基础。

我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。

在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的温度计设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争。

这次的设计实验，不仅把将课堂上学到的理论知识与实际应用结合了起来，而且使我对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有了更进一步加深认识，同时在软件编程、排版调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。

此次单片机设计也为我以后进行更复杂的单片机设计提供了宝贵的经验。

五、参考书目(1)张毅刚 .MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003(2)张毅刚.单片机及其应用.西安:西安电子科技大学出版社，1994(3)《单片机原理及接口技术》李全利迟荣强北京高等教育出版社 2004.1(4)《ProtelDXP 入门与提高》张伟，王力，赵晶北京人民邮电出版社 2003.2(5)吴向军、罗源明等编著《汇编语言程序设计》高等教育出版社，2001六、附录（一）protel图（占一张纸）（二）程序清单ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHAJMP CONTORG 0100HMAIN: MOV SP,#50HMOV TMOD,#01H；选择工作方式MOV TH0,#0DBHMOV TL0,#0FFHMOV IE,#82HMAIN1: JNB P3.5,Z1; 可根据实际情况调整对应跳转程序 JNB P3.3,Z2JNB P3.1,Z3JNB P3.0,Z4JNB P0.5,G2;JNB P0.4,Z5;JNB P0.2,G1;MAIN2: JNB P3.6,D5JNB P3.4,D6JNB P3.2,D7JNB P0.3,Z6;JNB P0.1,Z7;JNB P0.0,G3;LJMP MAIN1Z4:LCALL Z44; 跳转辅助程序Z5:LCALL Z55Z6:LCALL Z66Z7:LCALL Z77D5:LCALL D55D6:LCALL D66D7:LCALL D77G1:LCALL G11G2:LCALL G22G3:LCALL G33Z1: SETB TR0; 启动TOLOOP1: SETB P3.7; 置1P1.0端口MOV R3,#30H; 定时延时产生音阶DOACALL DEL20;CLR P3.7; 半周期完了条变为0MOV R3,#30H; 再延时同样时间ACALL DEL20; 完成一次完整周期MOV A,20H; 20H地址的用处在这体现了CJNE A,#20H,LOOP1; 一周期持续次数，即控制节拍1/4 拍10H 2/4拍 20H拍 3/4拍30H 4/4拍 40H 5/4拍 50H 6/6拍60H 8/4拍 80HSETB P3.5LJMP MAIN1; 返回主程序重新判断Z2: SETB TR0;MOV 20H,#00H;LOOP2: SETB P3.7;MOV R3,#2BH;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#2BH;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP2;节拍：音色持续的时间（给人以不同的情绪） SETB P3.3LJMP MAIN1;Z3: SETB TR0;MOV 20H,#00H;LOOP3: SETB P3.7;MOV R3,#26H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#26H;ACALL DEL20;MOV A,20H;SETB P3.1LJMP MAIN1;Z44: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP4: SETB P3.7;MOV R3,#24H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#24H;ACAL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP4;SETB P3.0LJMP MAIN1;Z55: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP5: SETB P3.7;MOV R3,#20H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#20H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP5;SETB P0.5LJMP MAIN1;Z66: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP6: SETB P3.7;MOV R3,#1CH;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#1CH;ACALL DEL20;CJNE A,#20H,LOOP6;SETB P0.4LJMP MAIN1;Z77: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP7: SETB P3.7;MOV R3,#19H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#19H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP7;SETB P0.2LJMP MAIN1;D55: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP8: SETB P3.7;MOV R3,#40H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#40H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP8;SETB P3.6LJMP MAIN1;D66: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP9: SETB P3.7;MOV R3,#39H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#39H;CJNE A,#20H,LOOP9;SETB P3.4LJMP MAIN1;D77: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP10: SETB P3.7;MOV R3,#32H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#32H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP10;SETB P3.2LJMP MAIN1;G11: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP11: SETB P3.7;MOV R3,#18H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#18H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP11;SETB P0.3LJMP MAIN1;G22: SETB TR0;MOV 20H,#00H; LOOP12: SETB P3.7;MOV R3,#15H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP12;SETB P0.6LJMP MAIN1;G33: SETB TR0;MOV 20H,#00H;LOOP13: SETB P3.7;MOV R3,#13H;ACALL DEL20;CLR P3.7;MOV R3,#13H;ACALL DEL20;MOV A,20H;CJNE A,#20H,LOOP13;SETB P0.0LJMP MAIN1;DEL20: MOV R4,#07H ; 这个数值很重要，可以通过这个直接改变音调的高低//#05H对应单位延迟10ms的循环，音阶参数据此计算DEL4: NOPDJNZ R4,DEL4DJNZ R3,DEL20RETCONT: INC 20H; 计数单元内容加1//每次T0定时溢出CPU自动中断并动作执行MOV TH0,#0DBH; 重新送10ms定时初值MOV TL0,#0FFHRETIEND。