船电专业实训报告.docx
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船电专业实训报告
船电专业《单片机控制系统运行与维护》
实训任务书
船电1103班
第一组
组员:
曾国文周志坚聂大亮
钟京亮
电气工程系
任务报告书
任务名称:
多功能音乐盒指导教师:
宋耀华
制作人:
曾国文成绩:
一、任务目标
1中心控制模块的硬件设计
2声音播放模块的硬件设计
3总体硬件控制框图
二、工作计划表
流程
工作内容
执行人员
预期目标
查找文件
找寻有关单片机音乐的文件
周志坚
完成
路图
Keil编写
钟京亮
完成
编写程序
Proteus仿真
聂大亮
完成
硬件调试
51开发板调试
曾国文
完成
三、实施过程
1、器件清单
序号
名称
数量
规格
使用情况
1
芯片
1
AT89C51
主芯片
2
陶片电容
2
CAP
晶振电路
3
电解电容
1
CAP-ELEC
复位电路
4
12兆晶振
1
CRYSTAL
主晶振
5
电阻
9
ESR
限流电阻
6
蜂鸣器
1
SOUNDER
发声器
7
开关
18
button
切换开关
2、硬件设计及制作过程
1总体设计框图
功能选择键盘输入AT89S52单片机音频放大
(弹奏/播放)
喇叭发声
2各部分硬件设计及其原理
AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图所示
AT89C51系列单片机
2数码管显示电路和4*4键盘设计与原理
对4*4矩阵键盘及单片机P1口进行扫描得到0~F的按键值由单片机P0口输出显示到数码管上,并由扬声器发出相对应的声音。
硬件电路图及功能
总体硬件电路实现功能如下,如图所示
1.电路中用P3.2、P3.3控制按键。
2.P1.0~P1.7控制4*4矩阵键盘
3.P3.7控制蜂鸣器。
4.P2..0~P2.7数码管显示
5.电路为12MHZ晶振频率工作,起振电路中C1、C2均为30PF。
硬件总体方案及说明
51单片机P1口通过连接4*4的矩阵键盘,作为琴键键盘;P3.3接播放音乐键;P3.7口接喇叭,通过执行相应的功能程序使电子琴发出不同音色的声音。
(一)芯片介绍:
在本次电子琴设计中,我们组成员单片机芯片选用了AT89C51芯片,而89C51系列的兼容性也比较好。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3口引脚
特殊功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
(外部中断0)
P3.3
(外部中断1)
P3.4
T0(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器读先通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
(二)硬件接线:
(1)利用P1口为按键接入口,形成4×4组成16个按键矩阵,设计成16个音,下图所示:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
(2)p3.7口音频输出,接一个喇叭。
(3)复位电路我们本来在方案选择的时候有两种选择的,上电复位和按扭复位,上电复位是利用电容充电来实现的,而按扭复位是电源对外节电容的充电使RST为高电平,复位松开后,电容通过下拉电阻放电,使RST恢复低电平。
为了制作软件的方便我们还是选择用按扭复位,因为它比较直观。
()电路设计图如下:
3、软件设计及仿真过程
1软件系统总流程图及设计思路说明
在本程序中设置了个标志——count2,分别初始化为1和0。
按键Key2使得count2在1~4之间切换。
程序检测count2的值,count2等于1时播放第一首歌曲,等于2时播放第二首,以此类推。
另一方面根据中断0Key1来控制count2的值等于0时来暂停歌曲。
歌曲停止后,矩阵键盘可以输入音符,相对应的数值由数码管上显示。
2音调、节拍以及编码的确定方法
一般说来,单片机演奏音乐基本都是单音频率,它不包含相应幅度的谐波频率,也就是说不能像电子琴那样能奏出多种音色的声音。
因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可,也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。
3音调的确定
不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示,这7个字母就是音乐的音名,它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7,相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音,这是唱曲时乐音的发音,所以叫“音调”,即Tone。
把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份,每一个等份叫一个“半音”。
两个音之间的距离有两个“半音”,就叫“全音”。
在钢琴等键盘乐器上,C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键,他们之间的距离就是全音;E–F、B–C两音之间没有黑键相隔,它们之间的距离就是半音。
通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音,那些在它们的左上角加上﹟号或者b号的叫变化音。
﹟叫升记号,表示把音在原来的基础上升高半音,b叫降记音,表示在原来的基础上降低半音。
例如高音DO的频率(1046Hz)刚好是中音DO的频率(523Hz)的一倍,中音DO的频率(523Hz)刚好是低音DO频率(266Hz)的一倍;同样的,高音RE的频率(1175Hz)刚好是中音RE的频率(587Hz)的一倍,中音RE的频率(587Hz)刚好是低音RE频率(294Hz)的一倍。
4节拍的确定
若要构成音乐,光有音调是不够的,还需要节拍,让音乐具有旋律(固定的律动),而且可以调节各个音的快满度。
“节拍”,即Beat,简单说就是打拍子,就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。
若1拍实0.5s,则1/4拍为0.125s。
至于1拍多少s,并没有严格规定,就像人的心跳一样,大部分人的心跳是每分钟72下,有些人快一点,有些人慢一点,只要听的悦耳就好。
音持续时间的长短即时值,一般用拍数表示。
休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的,而每个音符对应着不同频率,这样就可以利用不同的频率的组合,加以与拍数对应的延时,构成音乐。
了解音乐的一些基础知识,我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。
对于单片机来说,产生不同频率的脉冲是非常方便的,利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。
因此,需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率,以及单片机定时计数的关系。
5编码
doremifasolasi分别编码为1~7,重音do编为8,重音re编为9,停顿编为0。
播放长度以十六分音符为单位(在本程序中为165ms),一拍即四分音符等于4个十六分音符,编为4,其它的播放时间以此类推。
音调作为编码的高4位,而播放时间作为低4位,如此音调和节拍就构成了一个编码。
以0xff作为曲谱的结束标志。
举例1:
音调do,发音长度为两拍,即二分音符,将其编码为0x18。
举例2:
音调re,发音长度为半拍,即八分音符,将其编码为0x22
歌曲播放的设计。
先将歌曲的简谱进行编码,储存在一个数据类型为unsignedchar的数组中。
程序从数组中取出一个数,然后分离出高4位得到音调,接着找出相应的值赋给定时器0,使之定时操作蜂鸣器,得出相应的音调;接着分离出该数的低4位,得到延时时间,接着调用软件延时。
表4.4简谱对应的简谱码、T值、节拍数
简谱
发音
简谱码
T值
节拍码
节拍数
5
低音SO
1
64260
1
1/4拍
6
低音LA
2
64400
2
2/4拍
7
低音TI
3
64524
3
3/4拍
1
中音DO
4
64580
4
1拍
2
中音RE
5
64684
5
1又1/4拍
3
中音MI
6
64777
6
1又1/2拍
4
中音FA
7
64820
8
2拍
5
中音SO
8
64898
A
2又1/2拍
6
中音LA
9
64968
C
3拍
7
中音TI
A
65030
F
3又3/4拍
1
高音DO
B
65058
2
高音RE
C
65110
3
高音MI
D
65157
4
高音FA
E
65178
5
高音SO
F
65217
7软件各功能模块的流程图设计及思路说明
弹奏程序流程图
4、程序烧写及系统调试过程
1检查硬件连接
在PROTUES检查各硬件管脚是否连接正确,线路逻辑是否正确,例如:
晶振电路的连接,复位电路是否设计正确。
用单片机下载软件程序下载,现在正看串口是否找到,51单片机是否找到,比特率是否正确。
2检查软件系统
1.根据系统的原理结构检查各流程图是否正确,再根据流程图来检查程序是否也正确。
2.将所有程序组织起来,在软件环境下运行,检查程序是否正确。
通过对硬件和软件系统的认真检查,反复测试,如果没有出现问题即可把源程序编译成HEX文件装载到单片机中,对硬件进行仿真。
3.总体运行图
调试中遇到的问题
1.电子琴实现,音乐盒不能进行音乐播放。
经过程序不断修改后。
可将电子琴,音乐盒两种不同的音律在同个定时器T0里实现。
结论
设计简单原理介绍一首音乐是许多不同的音阶组成的,而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,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
在这个程序中,弹奏音乐的程序是用定时/计数器T0来完成的,播放音乐程序则也是是用定时/计数器T0来完成的。
五、任务总结与提高
将以调试好的程序烧进AT89S52芯片,再放到电路板中,按下按键就可以发出相应的音。
本次试验通过制作电子琴,将几个模块换呢好的融合起来,对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并接受了基于单片机电子期硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏想要表达的音乐。
说明一首音乐是许多不同的音阶组成的,而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,于是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,我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可,然后我们利用功放电路来将音乐声音放大,同时同股沟显示模块来确知自己所弹的音符。
通过这次实训设计,我感觉收获了很多:
通过这次的单片机实训,我加深了对单片机系列知识及其系统的认识。
这个设计题目并不怎么新颖,但从中体现到了个系统开发设计的过程,足以让我们受益匪浅。
在这次的实训中,让我更进一步的提高了动手能力,也重新复习了一次单片机的程序编程能力,在这期间,让我更加深刻了体会到了汇编程序的思路,加强了对编程能力的理解和对相应资料的查阅。
在这次实训过程中,能够得以顺利的完成,是所有曾经指导过我的老师,帮助过我的同学,成功是你们的帮助和鼓励成果。
在这里我要对你们表示深深的谢意!
首先,我要特别感谢我的指导老师,刘彩霞老师,在实训过程中,提供了许多宝贵的建议,老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不惓的高尚师德,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
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