课设设计说明书-樊海攀课案.docx

河北工程大学科信学院 课程设计说明书 （2015 /2016学年第二学期） 课程名称 ： 小型数字系统设计2 题 目 ： 电子琴 专业班级 ： 计算机 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2016 年 9月 9日 第  PAGE \* MERGEFORMAT 7 页 1.概述 .1.1设计背景 随着时代的发展，电子科学技术越来越走进人们的生活，它正在逐渐改善着人们的学习、工作,因此让我们走进电子科学技术的世界吧。 电子琴伴随着科技的发展而出现在舞台上，鉴于传统电子琴可以用键盘上的“1”到“A”键演奏从低So到高DO等11个音，从而也可以通过单片机实现对十个按键的扩展，实现七个音符键的高、中、低21个音调的显示播放和任意音乐的自动播放。该设计将十个音键制作成独立键盘，其中七个为音符键，三个为控制键，并用数码管进行显示，使电子琴的功能更加完美。 1.2设计意义 ①可以方便得知播放的音符和音调； ②比传统电子琴功能更完善； ③制作简单，成本低； 1.3 设计任务 利用蜂鸣器作为发声部件，两个数码管作为显示部件，设置10个按键，实现高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7的发音，用PROTEUS实现的电子琴仿真设计。制作出PCB图并做出实体。 2.系统总体方案及硬件设计 2.1总体设计 采用AT89S52单片机作为主控芯片，设置键盘、蜂鸣器等外围器件，另外还用到一些简单器件如：两位数码管，和NPN型三极管及电阻等。利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用NPN型三极管8550实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器发音。 2.2单片机的电路分析 2.2.1 时钟电路 单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构图中X1、C1、C2。 2.2.2复位电路 单片机小系统常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其结构如下图。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R1与VCC接通来实现。 2.3 原理框图 2.4八位数码管的结构 为了显示字符，要为 LED 显示器段码，除了组成8字形的字符的 7段，另加上1个小数点位，共计8段， 因此提供给 LED 显示器的显示段码为1个字节。 2.5 键盘设计 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线。 2.6发音部分设计 如下图所示，发音电路是由蜂鸣器、三极管、上拉电阻构成。由三极管来驱动扬声器发音的，同时加上拉电阻增强驱动电流，提高驱动能力。 3.系统软件设计 3.1系统分析 （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的键值，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。 （2）功能转移程序：对检测到的按键值进行判断，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功能键则跳转至相应的功能程序。 （3）琴键处理程序：根据检测到的按键值，查询音调表，给计时器赋值，使发出相应频率的声音。 3.2 发音原理 利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶。 3.3程序设计 判断音阶（高中低音） 在软件设计中采用yinjie代表音阶，如下图所示 音阶Yinjie值高2中1低0初始化状态为中音（yinjie=1），电路中设计高、低两个音阶键。上电后，若无按键按下，则为中音模式。若音阶键被按下，则如下流程图所示，在高音键按下，若初始yinjie不为2，则另yinjie=2,进入高音工作模式，若初始yinjie为2，则对yinjie进行初始化，即另yinjie=1,重新进入进入中音工作模式，这样即实现了高音键切换高、中音方式的转换。同理，用低音键实现中、低音的切换。 4. Proteus软件仿真 由下图可知，左侧数码管可以显示a、b、c三种结果，代表低音、中音和高音。右侧数码管可以显示1、2、3、4、