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单片机电子琴实习报告.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.49M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    四、系统总体设计
    1.系统框图
    电子琴系统框图如下图所示。
    2.系统工作原理
    生产实习设计报告 单片机简易电子琴 姓名： 专业：电子信息工程 班级：073143 学号：07314304 同组人员：万怡星 指导老师：张 斌 完成时间：2010-6-26
    目 录 一．摘 要 …………………………………………………………3 二．生产实习目的…………………………………………………4 三．89C52 芯片功能简介…………………………………………4 四．系统总体设计…………………………………………………8 五．系统框图………………………………………………………8 六．系统工作原理…………………………………………………8 七．软件设计流程图………………………………………………11 八．实习体会………………………………………………………12 九．参考文献………………………………………………………12 十．评分表…………………………………………………………13 2
    摘 要 本次生产实习，我们基于单片机，做了一个简易的电子琴系统。 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检 测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个 核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合， 加以完善。 21 世纪是知识经济时代。其中以电子技术的发展最为迅速，以电子产品为介质的 通讯和应用更是日新月异，不短飙升。实际型的应用技术越来越向着顶端发展，更新 周期不断缩短。在人才竞争的当今社会，选择有着实际技术型的人才已经是用人单位 首先考虑的因素。 为此，学校开展了电子课程技术的设计，目的在于提高和加强学生的实践技能， 为就业奠定基础。电子课程设计是配合电子技术基础的课程与实验教学的一个非常重 要的教学环节。它能巩固电子技术的理论知识，提高电子电路的设计水平，加强综合 分析 和解决问题的能力，进一步培养学生的实验技能和动手能力，启发学生的创新 意识和创新思维。这将对学生毕业以后从事电子方面的工作有很大的帮助。 关键词：单片机；嵌入式系统；电子琴； 3
    二、生产实习目的 （1）熟悉 8051 单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相 关软件编程设计工作。 （2）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识， 独立对其进行测试与检查。 （3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障 进行分析，及时修改相关软硬件。 （4）对软件编程、排错调试、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。 三、8051 芯片功能简介 1. 8051 单片机的内部组成 8051 内部有 4 KB ROM，基本组成如图 3-1 所示。 T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器 CPU 并行接口 串行接口 中断系统 P0 图 1 P2 P3 P1 8051 单片机结构框图 TXD RXD INT0 INT1 1) 中央处理器（CPU） 中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051 的 CPU 能处理 8 位二进 制数或代码。 2) 内部数据存储器（内部 RAM） 8051 芯片中共有 256 个 RAM 单元，但其中后 128 单元被专用寄存器占用，能作 为寄存器供用户使用的只是前 128 单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内 部数据存储器就是指前 128 单元，简称内部 RAM。 3) 内部程序存储器（内部 ROM） 8051 共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序 存储器，简称内部 ROM。 4) 定时/计数器 8051 共有两个 16 位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计 4
    数结果对计算机进行控制。 5) 并行 I/O 口 MCS-51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输 出。 6) 串行口 8051 单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据 传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位 器使用。 7) 中断控制系统 8051 单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051 共有 5 个中断源， 即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两 个优先级别。 8) 时钟电路 8051 芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片 机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为 6 MHz 和 12 MHz。 从上述内容可以看出，MCS-51 虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有 的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。 2.8051 的信号引脚 8051 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚如图 3-2 所示。 图 2 80C52 引脚图 1）信号引脚介绍 （1）主电源引脚 ◇ VCC：+5 V 电源 ◇ VSS：地线。 （2）时钟电路引脚 ◇ XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于 外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 （3）控制信号引脚 5
    ◇ RST/VPD：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即 为有效，用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上可接备用电 源，由 VPD 向片内 RAM 提供备用电源，一保持片内 RAM 中的数据不丢失。 ◇ ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口输出的 低 8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于 ALE 是以晶振 1/6 的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接收编程脉冲。 ◇ PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 ◇ EA/VPP：访问程序存储控制信号。当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读操作限 定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器 开始，并可延至外部程序存储器。 对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接上加 21V EPROM 编程电源 VPP。 (4)I/O 引脚 P0.0 ～ P0.7： P0 口 8 位双向口线。 P1.0 ～ P1.7 ：P1 口 8 位双向口线。 P2.0 ～ P2.7 ：P2 口 8 位双向口线。 P3.0 ～ P3.7 ：P3 口 8 位双向口线。 2) P3 口线的第二功能。P3 的 8 条口线都定义有第二功能，详见表 3-1。 表 1-1 P3 口各引脚与第二功能表 引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 信号名称 串行数据接收 串行数据发送 外部中断0申请 外部中断1申请 定时/计数器 0 的外部输入 定时/计数器1的外部输入 外部RAM写选通 外部RAM读选通 以上把 8051 单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。对 于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的第二功能 信号。对于 9、30 和 31 三个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不 同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是 P3 口的情况却有所不同， 它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此，在实际使用时，都是先按需要 选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作数据位的输入/输出使用。 3. 并行输入/输出口电路结构 单片机芯片内还有一项主要内容就是并行 I/O 口。8051 共有 4 个 8 位的并行 I/O 口，分别记作 P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入 缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低 8 位地址和数据由 P0 口分时传送，高 8 位地址由 P2 口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一位均可作为双向的 I/O 端口 使用。 6
    8051 单片机的 4 个 I/O 口都是 8 位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同 的，但又各具特点。 4. 时钟电路 （1）内部方式时钟电路 在 8051 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出 端为引脚 XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容， 从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图 3-3 所示。 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲 信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的 错误。一般地，电容 C1 和 C2 取 30pF 左右，晶体的振荡频率范围是 1.2～12MHz。晶 体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。8051 在通常应用 情况下，使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz。 XTAL1 C1 晶振 C2 XTAL2 8051 1 至内部时钟电路 图 3 时钟振荡电路 （2）外部方式时钟电路 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟 一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。其连接如图 3-4 所示。 TTL 1 外部时 钟信号 VCC 8051 XTAL2 XTAL1 VSS 图 4 外部时钟源接法 （3） 时序 时序是用定时单位来说明的。8051 的时序定时单位共有 4 个，从小到大依次是： 节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下： （1）一个振荡脉冲的周期为节拍； （2）一个状态就包含两个节拍； （3）一个机器周期的宽度为 6 个状态； （4）一条指令周期由若干个机器周期组成。 5. 单片机的复位电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从 这个状态开始工作，复位后 PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。单片机复位 的条件是：必须使 RST/VPD 或 RST 引脚加上持续两个机器周期（即 24 个振荡周期） 的高电平。若时钟频率为 12 MHz，每机器周期为 1 μs，则只需 2μs 以上时间的高 7
    电平，在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。 四、系统总体设计 1.系统框图 电子琴系统框图如下图所示。 键 盘 放大器 扬 声 器 振荡器 分频器 电源 图 5 系统总框图 2.系统工作原理 (1)要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/音频),然后将此周期除以 2, 即为半周期的时间,利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的 I/O 反相,然后重复计时此半周期时间再对 I/O 口反相,就可在 I/O 脚上得到此频率的 脉冲 (2)利用 8051 的内部定时器使其工作在计数器模式 MODE1 下,改变记数值 TH0 及 TL0 以产生不同频率的方法。例如频率为 523HZ,其周期 T=1/523=1912 微秒,因此只要 令计数器定时 956/1=956 在每记数 9 次时将 I/O 口反相,就可得到中音 D0(523HZ)。 记数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi/2/Fr N：记数值 Fi：内部计时一次为 1 微秒．故其频率为 1MHZ Fr；要产生的频率 (3)：起记数值的求法如下： T＝65536－N＝65536－Fi／2／Fr 例如：设 K＝65536，F＝1000000＝Fi＝1MHZ，求低音 D0（523HZ），高音的 D0（1046HZ） 8
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