基本要求：基于51單片機的多音階電子琴可以采用16個按鍵矩陣，設計成16個音階，來實現隨意彈奏想要表達的音樂。

設計提示：

  1）掌握鍵盤的掃描識別編程方法；

  2）理解數碼管動態顯示原理。

  3）可先利用單片機定時器T0或T1實現基準時間（如20ms）

利用51開發板以及外接的矩陣鍵盤，以及數碼管和蜂鳴器，設計出功能簡單的電子琴，從而了解蜂鳴器發出不同音調的原理，加深對蜂鳴器原理的認識。同時了解矩陣鍵盤的掃描原理以及加深數碼管動態顯示的原理。

另外，元件的使用以及畫總電路圖使用到了PROTEL軟件，代碼的編寫下載使用keil軟件，本次大作業也會讓我對這兩個軟件的使用更加熟練。

實驗原理

    音節由不同頻率的方波產生，音節與頻率的關系見下面的表格。要產生音頻方波，只要算出某一咅頻的周期(頻率的倒數)，然后將此周期除以2,即為半周期的時間。利用計時器計時此半周期時間，每當計時到后就將輸出信號的I/O反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O 反相，就可在I/O腳得到此頻率的方波。在51單片機上，產生方波的I/O腳選用P2.5,P2.5輸出不同頻率的方波，蜂 鳴器便會發出不同的聲音。另外，音樂的節拍是由延時實現的，如果1拍為0.4秒，1/4拍是 0.1秒。只要設定延時時間，就可求得節拍的時間。延時作為基本延時時間，節拍值只能是它的整數倍。

系統設計

本課題只要給蜂鳴器不同頻率的信號既可以實現不同音調的發聲。單片機實驗板上的數碼顯示管可以顯示四位數字，但是并行口只有八個，所以只能選用動態掃描方式。鍵盤由于板子上沒有鍵盤，只能使用外接鍵盤，插在P1口，蜂鳴器接在P2.5口，數碼顯示管接在P0口。

功能單元框圖如下圖：

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下載附件

2018-4-23 22:53 上傳

功能描述：

矩陣鍵盤：輸入不同的按鍵信號，用來選擇蜂鳴器頻率以及數碼管的顯示。

AT89S51： 主控制模塊。

74HC573: 鎖存器，數碼管采取動態掃描方式，為了選擇數碼管顯示的是第幾個七段數碼管，需要借助鎖存器。

數碼管：顯示數字。

蜂鳴器：發出聲音

時鐘與復位電路：提供時鐘信號與復位信號。

硬件設計

按鍵數目較多的場合常常采用矩陣式鍵盤，也稱行列式鍵盤。鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行列線的交叉點上。一個4*4的行列結構可以構成一個16個按鍵的鍵盤，需要一個8位的并行IO口。很明顯，再按鍵數目較多的場合，矩陣式鍵盤要比獨立式鍵盤節省較多的IO口線。本實驗中矩陣鍵盤接在P1口。

SST89E51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，SST89E51在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。

時鐘信號分為內部時鐘信號與外部時鐘信號，本實驗中使用的是外部時鐘信號，CPU外面有一個11.0592Mhz的外接晶振。復位操作是單片機的初始化操作，只需要給AT89S51單片機的復位引腳RST加上大于兩個機器周期的高電平就可以使得單片機復位。

有源蜂鳴器是一種一體化結構的電子迅響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

軟件設計

接下來的代碼為初始化各值：

  ORG 0000H

         AJMP KEY1

         ORG  0030H

                      MOV A,#0

                      MOV R7,#0

                      SETB P2.5

KEY1:

                MOV P1,#0F0H ;給列送高電平

         LCALL DELAY  ;延時，使電路穩定下來

         MOV  R4,00H

         MOV  A,P1  ;取P1口的值

         ANL  A,#0F0H  ;屏蔽行線的影響

         CJNE A,#0F0H,L ;如果有鍵按下，就跳轉到L

DISPLAY:

      CLR  P2.0         ;

     SETB    P2.1

     MOV     P0,#07H

  CLR    P2.1

      SETB   P2.0

     MOV  DPTR,#TABLE

         MOV A,R7

     MOVC    A,@A+DPTR

     MOV    P0,A   

下面是發出聲音的代碼：                 

MUSIC: MOV R3,#200

       MOV A,R7

       JZ KEY1

       LCALL FENGMING

       AJMPKEY1

L:      LCALL DELAY  ;延時去除抖動

         MOV  A,P1 ;重新取值

         JB  ACC.4,L1 ;P1.4這一列有鍵按下？沒有則跳轉到L1

         MOV  R3,#00H  ;R3用作記列號

          AJMP Q1

L1:    JB  ACC.5,L2

         MOV  R3,#01H

         AJMP Q1

L2:    JB  ACC.6,L3

         MOV  R3,#02H

         AJMP Q1

L3:    JB  ACC.7,KEY1

          MOV  R3,#03H

          AJMP Q1

Q1:    MOV  P1,#0FH  ;給行送高電平

          LCALL DELAY  ;延時，穩定電路

          MOV  A,P1  ;取值

          ANL  A,#0FH  ;屏蔽高四位

         JB  ACC.0,Q2 ;判斷是不是第0行，不是則轉移

          MOV  R4,#00H  ;如果是，那把0送給R4(R4存行（轉換為鍵號）)

         AJMP JIA

Q2:    JB  ACC.1,Q3

          MOV  R4,#04H

          AJMP JIA

Q3:    JB  ACC.2,Q4

          MOV  R4,#08H

          AJMP JIA

Q4:    JB  ACC.3,KEY1

          MOV  R4,#0CH

          AJMP JIA

JIA:    MOV  A,R3    ;行號加上列號就是改鍵的值

         ADD  A,R4

          MOV  R7,A  ;調整后放在R7寄存器中

          AJMP KEY1

DELAY: MOV R6,#20H  ;仿真時測試延時為13ms

Q6:      MOV  R5,#0BBH

              DJNZ R5,$

              DJNZ R6,Q6

              RET

FENGMING:

       MOV  R3,#200

       SETBP2.5

MAIN01:

    MOV  TMOD,#01H

       MOV  DPTR,#TABLE2

       MOVA,R7

       MOVC  A,@A+DPTR

       MOV  R5,A

       MOV  DPTR,#TABLE3

       MOVA,R7

       MOVC  A,@A+DPTR

       MOV  R6,A      

       MOV  TH0,R6

       MOV  TL0,R5

       SETB  TR0

WAIT: JNB  TF0, WAIT;判斷是否溢出

       CLR  TF0

   CPL P2.5       ;蜂鳴器響   

       DJNZ  R3,MAIN01    ;蜂鳴器的延時程序

RET

TABLE:  DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ,7FH,6FH,77H

         DB 7CH,39H,5EH,79H,71H;

TABLE2: DB25H,080H,84H,0D9H,68H,0B9H,5BH,78H,79H,

       DB 0E4H,0A8H,0E6H,6FH,88H,40H,66H

TABLE3:DB 0FEH,0FDH,0FEH,0FAH,0FBH,0FBH,0FDH,0FEH,

DB  0FDH,0FEH,0FAH,0FBH,0FBH,0FDH,0FBH,0FBH