-16-單片機(jī)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告電子音調(diào)發(fā)生器2016年4月29日目錄1課程設(shè)計(jì)總體目標(biāo) -2-1.1課題的意義 -2-1.2系統(tǒng)的主要功能 -2-1.3本人所做的工作 -2-2實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)計(jì)思路 -3-2.1樂(lè)曲的音調(diào)與節(jié)拍 -3-2.2紅外檢測(cè)原理 -3-3硬件電路設(shè)計(jì)及描述 -4-3.1硬件連接圖 -4-3.2單片機(jī)系統(tǒng) -5-3.3數(shù)碼管顯示電路 -6-3.4蜂鳴器電路 -6-4軟件設(shè)計(jì)流程及描述 -7-4.1蜂鳴器發(fā)單音 -7-4.2蜂鳴器唱歌 -7-4.3數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 -7-4.4程序框圖 -8-4.5源程序代碼及注釋 -9-5實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -26-1總體設(shè)計(jì)1.1課題的意義通過(guò)這個(gè)實(shí)際的課題，熟悉51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，熟悉JD-51的硬件電路圖，并能通過(guò)三種調(diào)試模式來(lái)調(diào)試程序，為日后進(jìn)行一些基于單片機(jī)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)；掌握使用常用的匯編指令進(jìn)行51單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S來(lái)編寫(xiě)程序，學(xué)會(huì)畫(huà)程序框圖來(lái)幫助編程。通過(guò)使用蜂鳴器來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)音調(diào)的聲音，進(jìn)一步鞏固課上學(xué)到的定時(shí)器初始化、賦初值、通過(guò)查詢方式來(lái)產(chǎn)生一定頻率方波的編程方法；掌握使數(shù)碼管掃描顯示數(shù)字的方法，并同時(shí)讓LED燈亮或滅，學(xué)會(huì)如何讓蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音；了解NEC協(xié)議下的紅外編碼格式，能夠使用單片機(jī)來(lái)解碼收到的紅外信號(hào)，并讀取信號(hào)中相應(yīng)的信息。1.2系統(tǒng)的主要功能電子音調(diào)發(fā)生器（1）利用JD51開(kāi)發(fā)板上的按鍵S1~S4進(jìn)行音調(diào)選擇，即按下不同的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生不同的音調(diào)，依次按動(dòng)S1~S4及組合按鍵，蜂鳴器發(fā)出1234567i八個(gè)音調(diào)；并在數(shù)碼管上顯示。（2）編寫(xiě)2支歌曲，并可進(jìn)行選擇播放。1.3本人所做的工作通過(guò)學(xué)習(xí)課程平臺(tái)上給出的紅外和電子音調(diào)發(fā)生器這兩個(gè)程序，將電子音調(diào)發(fā)送器中關(guān)于按鍵掃描的部分換為對(duì)接收到的32位紅外信號(hào)數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)碼的反碼進(jìn)行按鍵判斷跳轉(zhuǎn)相應(yīng)歌曲或音調(diào)子程序。2實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)計(jì)思路2.1樂(lè)曲的音調(diào)與節(jié)拍①音調(diào)由不同頻率的方波產(chǎn)生，音調(diào)與頻率的關(guān)系如下表所示。要產(chǎn)生音頻方波，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。利用計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出方波的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O反相，就可在I/O腳得到此頻率的方波。在JD-51單片機(jī)上，產(chǎn)生方波的I/O腳選用P2.4，P2.4口與蜂鳴器相連，這樣通過(guò)P2.4口輸出不同頻率的方波就能控制蜂鳴器發(fā)出不同音調(diào)的聲音。②音樂(lè)的節(jié)拍是由延時(shí)實(shí)現(xiàn)的，如果1拍為0.4秒，1/4拍是0.1秒。只要設(shè)定延時(shí)時(shí)間，就可求得節(jié)拍的時(shí)間。延時(shí)作為基本延時(shí)時(shí)間，節(jié)拍值只能是它的整數(shù)倍。音調(diào)1234567I頻率/Hz262294330349392440494523XF921F9E1FA8CFAD8FB68FBE9FC5BFC8F表1音調(diào)和發(fā)音頻率及定時(shí)器初值X的對(duì)應(yīng)在定時(shí)器工作在工作方式1時(shí)每個(gè)音節(jié)相應(yīng)的定時(shí)器初值x可按下法計(jì)算(1/2)×(1/f)=(12/fosc)×(216-x)x=216-(fosc/24f)(1)其中，f是音調(diào)頻率，JD-51單片機(jī)的晶振fosc=11.0592Mhz。曲調(diào)值DELAY調(diào)4/4125ms調(diào)3/4187ms調(diào)2/4250ms表2各節(jié)拍延時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系3硬件電路設(shè)計(jì)及描述3.1硬件連接圖系統(tǒng)的硬件連接圖包括，晶振電路，復(fù)位電路，數(shù)碼管顯示電路，紅外發(fā)送和接收電路，蜂鳴器電路，硬件連接如下圖所示：圖4紅外高級(jí)電子琴硬件連接圖3.2單片機(jī)系統(tǒng)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)是硬件電路的核心部分，時(shí)鐘電路晶振使用12MHz，復(fù)位電路采取按鍵復(fù)位方式。具體連接如下：圖5單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路圖6單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路3.3數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用4個(gè)共陽(yáng)極數(shù)碼管，P0口作為數(shù)碼管的輸入，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別控制四個(gè)數(shù)碼管的亮與不亮，P0口控制數(shù)碼管亮的是數(shù)字幾。圖7數(shù)碼管連接圖3.4蜂鳴器電路我們用的蜂鳴器是直流蜂鳴器，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，一旦在引腳上加入直流電源它就會(huì)發(fā)出一定頻率的聲音，此時(shí)聲音的音調(diào)和音量是固定的，它與單片機(jī)的連接方式如下圖所示。Buzzer與P2.4相連，P2.4輸出不同頻率的方波信號(hào)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出不同的聲音。如果控制輸出信號(hào)的頻率和音長(zhǎng)，蜂鳴器則會(huì)發(fā)出音樂(lè)。圖8蜂鳴器電路圖4軟件設(shè)計(jì)流程及描述4.1蜂鳴器發(fā)單音根據(jù)不同音調(diào)的頻率值算出該給定時(shí)器賦的初值，利用定時(shí)溢出后P2.4口電平的翻轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生和音調(diào)頻率相同的方波，雖然不是正弦波，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不自然，但也能聽(tīng)出1234567i這8個(gè)音調(diào)。4.2蜂鳴器播放歌曲蜂鳴器播放歌曲是基于節(jié)拍表和音符表的基礎(chǔ)上的，其基本原理與發(fā)出單個(gè)頻率的聲音類(lèi)似，只不過(guò)確定了單個(gè)頻率發(fā)聲的時(shí)長(zhǎng)即節(jié)拍長(zhǎng)，和不同頻率發(fā)聲的順序，可以通過(guò)查表的方式來(lái)使定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的方波，加入設(shè)定好的節(jié)拍，就相當(dāng)于延時(shí)，便可以聽(tīng)到音樂(lè)。4.3數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的資源，而且功耗更低。開(kāi)始4.4程序框圖開(kāi)始將開(kāi)關(guān)狀態(tài)送將開(kāi)關(guān)狀態(tài)送P3.2，P3.3，P3.4，P3.1，P3.6查詢鍵盤(pán)按鍵狀態(tài)查詢鍵盤(pán)按鍵狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序令令P3.5口發(fā)出相應(yīng)頻率的方波圖9電子音調(diào)發(fā)生器流程圖4.5源程序代碼及注釋/*==================================電子音調(diào)發(fā)生器==================================******************************程序功能說(shuō)明***************************通過(guò)s1,s2,s3,s4四個(gè)按鍵組合，根據(jù)按鍵組合值讓蜂鳴器播放1234567i相應(yīng)的音調(diào)，以及兩首歌********************************************************************/ORG0000H LJMPKEYP0KEYP0:MOVR0,#00H;CLRTR0;SETBP2.4 ;關(guān)蜂鳴器CLRP2.0CLRP2.1CLRP2.2CLRP2.3 ;關(guān)用于表示音調(diào)的數(shù)碼管SETBP2.0 ;關(guān)用于表示模式的數(shù)碼管WU:MOVR0,P3 ;掃描鍵盤(pán)輸入CJNER0,#0FFH,KEYPO1 ;有輸入時(shí)跳轉(zhuǎn)JMPKEYP0KEYPO1:CJNER0,#0FBH,KEYPO2;SETBP2.4;蜂鳴器置于高電平MOVR3,#200MAIN01:MOVTMOD,#01H;初始化,工作方式1MOVTL0,#21H;寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值MOVTH0,#0F9HSETBTR0;啟動(dòng)計(jì)數(shù) WAIT1:JNBTF0,WAIT1CLRTF0CPLP2.4;蜂鳴器響 CLRP2.3;數(shù)碼管顯示1 MOVA,#11111001B MOVP0,ADJNZR3,MAIN01 LJMPKEYP0;返回程序KEYP0 KEYPO2:CJNER0,#0F7H,KEYPO3;SETBP2.4;蜂鳴器置于高電平 MOVR3,#200MAIN02:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0E1H;寫(xiě)入計(jì)數(shù)初值MOVTH0,#0F9HSETBTR0WAIT2:JNBTF0,WAIT2CLRTF0CPLP2.4;蜂鳴器響 CLRP2.3; MOVA,#10100100B MOVP0,ADJNZR3,MAIN02 LJMPKEYP0KEYPO3:CJNER0,#0EFH,KEYPO4;SETBP2.4;蜂鳴器置于高電平 MOVR3,#200MAIN03:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#08CHMOVTH0,#0FAHSETBTR0WAIT3:JNBTF0,WAIT3CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#10110000B MOVP0,ADJNZR3,MAIN03 LJMPKEYP0KEYPO4:CJNER0,#0DFH,KEYPO5;SETBP2.4 MOVR3,#200MAIN04:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0D8HMOVTH0,#0FAHSETBTR0WAIT4:JNBTF0,WAIT4CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#10011001B MOVP0,ADJNZR3,MAIN04 LJMPKEYP0KEYPO5: CJNER0,#0F3H,KEYPO6;SETBP2.4 MOVR3,#200MAIN05:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#068HMOVTH0,#0FBHSETBTR0WAIT5:JNBTF0,WAIT5CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#10010010B MOVP0,ADJNZR3,MAIN05 LJMPKEYP0KEYPO6:CJNER0,#0E7H,KEYPO7;SETBP2.4 MOVR3,#200MAIN06:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0E9HMOVTH0,#0FBHSETBTR0WAIT6:JNBTF0,WAIT6CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#10000010B MOVP0,ADJNZR3,MAIN06 LJMPKEYP0KEYPO7:CJNER0,#0CFH,KEYPO8;SETBP2.4 MOVR3,#200MAIN07:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#05BHMOVTH0,#0FCHSETBTR0WAIT7:JNBTF0,WAIT7CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#11111000B MOVP0,ADJNZR3,MAIN07 LJMPKEYP0KEYPO8:CJNER0,#0DBH,KEYPO9;SETBP2.4 MOVR3,#200MAIN08:MOVTMOD,#01HMOVTL0,#08FHMOVTH0,#0FCHSETBTR0WAIT8:JNBTF0,WAIT8CLRTF0CPLP2.4 CLRP2.3 MOVA,#10000000B MOVP0,ADJNZR3,MAIN08 LJMPKEYP0KEYPO9:CJNER0,#0EBH,KEYPO10;跳轉(zhuǎn)到第一首歌程序LJMPMUSTART1KEYPO10:CJNER0,#0D7H,JIELI;跳轉(zhuǎn)到第二首歌程序LJMPMUSTART2JIELI:JMPKEYP0;返回主程序MUSTART1:;播放第一首歌MOVR0,#00H;將節(jié)拍表指針置零MOVR1,#00H;將音符表指針置零RTAB:MOVA,R0MOVDPTR,#RYTHMOVCA,@A+DPTR;利用查表法將一個(gè)節(jié)拍數(shù)據(jù)取出放R2計(jì)數(shù)器中MOVR2,ATTAB:MOVA,R1MOVDPTR,#TONEMOVCA,@A+DPTRMOVR3,A;取出音符表高8位INCR1;指針加1MOVA,R1MOVDPTR,#TONEMOVCA,@A+DPTRMOVR4,A;取出音符表低8位SETBP2.4;輸出相應(yīng)音調(diào)的方波LOOP:MOVR5,#3BHMAIN:MOVTMOD,#01HMOVTL0,R4MOVTH0,R3SETBTR0WAIT:JNBTF0,WAITCLRTF0CPLP2.4MAYA:JBP3.2,MAYB;判斷P3.2口是否有為1JBP3.4,MAYB;判斷P3.4口是否有為1LJMPRA;P3.4口為0則跳轉(zhuǎn)到程序RAMAYB:JBP3.3,JIELI;判斷P3.3口是否有為1JBP3.5,JIELI;判斷P3.5口是否有為1LJMPMUSTART2;P3.5口為0則放第二首歌RA:DJNZR5,MAIN;無(wú)打斷則繼續(xù)放第一首歌DJNZR2,LOOPINCR0;兩個(gè)表的指針都加1INCR1CJNER1,#88,RTAB;判斷是否取完LJMPKEYP0TONE:DB0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FHDB0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68HDB0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68HDB0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BHDB0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFHRYTH:DB04,04,04,04,04,04,04,04,04,04DB04,05,04,04,04,04,04,04,04,04DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB04,04,04,04MUSTART2: MOVR0,#00HMOVR1,#00HRTAB2:MOVA,R1MOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVR2,ATTAB2:MOVA,R1MOVDPTR,#TONE2MOVCA,@A+DPTRMOVR3,AINCR1 MOVA,R1 MOVDPTR,#TONE2 MOVCA,@A+DPTR MOVR4,ASETBP2.4LOOP2:MOVR5,#9BHMAIN2:MOVTMOD,#01HMOVTL0,R4MOVTH0,R3SETBTR0WAITR:JNBTF0,WAITRCLRTF0CPLP2.4MAYA1:JBP3.3,MAYB1JBP3.5,MAYB1LJMPRBMAYB1:JBP3.2,BACKJBP3.4,BACKLJMPMUSTART1BACK:LJMPJIELIRB:DJNZR5,MAIN2DJNZR2,LOOP2INCR0INCR1CJNER1,#64,RTAB2LJMPKEYP0TONE2:DB0FBH,68H,0FDH,6EH,0FDH,45H,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FCH,8FHDB0FCH,0EFH,0FDH,45H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FCH,8FH,0FCH,5BH,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,68HDB0FAH,0DBH,0FAH,8CH,0F9H,21H,0FAH,8CH,0FAH,0D8H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68H,0FBH,68HDB0FBH,0E9H,0FBH,0E9H,0FBH,68H,0FBH,0E9H,0FCH,5BH,0FAH,8CH,0FCH,8FH,0FCH,8FH,0FCH,5BHDB0FCH,8FH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,0EFH,0FCH,8FH,0FDH,45H,0FDH,6EH,0FCH,0EFHTABLE1:DB04,04,04,04,04,04,04,04,04,04DB04,05,04,04,04,04,04,04,04,04DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB04,04,04,06,04,04,04,07,04,04DB04,04,04,04END【電子音調(diào)發(fā)生的部分C語(yǔ)言程序】/******鍵盤(pán)輸入函數(shù)******/ucharkeyscan(ucharkey){if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==1) { //初始化 delay(20); if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==1) { key=0; } } if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==1) { //1音，SB1按下 delay(20); if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==1) { key=1; } } if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ //2音，SB2按下 delay(20); if(K1==1&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ key=2; } } if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==1){ //3音，SB3按下 delay(20); if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==1){ key=3; } } if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ //4音，SB4按下 delay(20); if(K1==1&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ key=4; } } if(K1==0&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ //5音，SB1和SB2按下 delay(20); if(K1==0&&K2==0&&K3==1&&K4==1){ key=5; } } if(K1==1&&K2==0&&K3==0&&K4==1){ //6音，SB2和SB3按下 delay(20); if(K1==1&&K2==0&&K3==0&&K4==1){ key=6; } } if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==0){ //7音，SB3和SB4按下 delay(20); if(K1==1&&K2==1&&K3==0&&K4==0){ key=7; } } if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ //i音，SB1和SB4按下 delay(20); if(K1==0&&K2==1&&K3==1&&K4==0){ key=8; } } if(K1==0&&K2==1&&K3==0&&K4==1){ //第一首歌，SB1和SB3按下 delay(20); if(K1==0&&K2==1&&K3==0&&K4==1)