音乐演奏器设计学习教案

会计学1第一页，共39页。项目(xingm)四 音乐演奏器设计 第1页/共39页第二页，共39页。定时或延时功能实现的一般方法： 1.软件定时：程序 2.不可编程的硬件定时：时基电路555， 外接定时部件(bjin)-电阻和电容 3.可编程的定时器任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第2页/共39页第三页，共39页。循循环环(xnhun)程程序序设设计计1S1S延时程序延时程序(chngx)(chngx)程序程序(chngx)：void delay1s()/子函数体子函数体uint i,j; /定义局部变量定义局部变量for(i=1000;i0;i-) /i=1000,即延时约即延时约1000ms=1s for(j=110;j0;j-);任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第3页/共39页第四页，共39页。相关知识：相关知识：定时定时/计数器计数器1 1、定时器、定时器0 0和定时器和定时器1 1（1 1）定时）定时/ /计数器的组成计数器的组成(z chn)(z chn)框图框图图4-1 8051定时器/计数器逻辑(lu j)结构图 P3.4P3.5任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第4页/共39页第五页，共39页。 由图4-1可知，8051单片机定时器/计数器由定时器0（T0）、定时器1（T1）、定时器方式寄存器TMOD和定时器控制(kngzh)寄存器TCON组成 。 16位的加位的加1计数器（高计数器（高8位、低位、低8位）位）T0、T1 TMOD-定时定时/计数器方式寄存器，工作方式设置；计数器方式寄存器，工作方式设置； TCON-定时定时/计数器控制寄存器，启动、停止计数器控制寄存器，启动、停止(tngzh)及及设置溢出标志。设置溢出标志。 任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第5页/共39页第六页，共39页。（2 2）定时）定时/ /计数器的工作计数器的工作(gngzu)(gngzu)原理原理 由TMOD中的控制位（CT）来决定T0和T1是工作(gngzu)在定时器方式还是计数器方式。1.1. 定时功能定时功能-计数脉冲计数脉冲(michng)(michng)信号信号: :内部振荡电路经内部振荡电路经1212分分频后输出的脉冲频后输出的脉冲(michng)(michng)进行加进行加1 1计数。计数。计数频率是振荡计数频率是振荡频率的频率的1/121/122.2. fc=1/12 fc=1/12* *foscfosc。2. 2. 计数功能计数功能-计数脉冲信号：来自外部输入引脚-(T0为P3.4，T1为P3.5）的负跳变信号进行加1计数 fc=1/24*fosc 。任务1 音乐门铃的分析与仿真第6页/共39页第七页，共39页。（3 3）定时）定时/ /计数器的方式计数器的方式(fngsh)(fngsh)寄存器和控制寄存器寄存器和控制寄存器1)1)定时定时(dn sh)/(dn sh)/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCONTCON（88H88H）D7D6D5D4D3D2D1D0TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0中断请求标志(biozh)触发方式选择启动定时/计数器0 低电平1 下降沿0 停止1 启动任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第7页/共39页第八页，共39页。2)2)工作方式工作方式(fngsh)(fngsh)控制寄存器控制寄存器TMODTMOD（89H89H）T1控制(kngzh)T0控制(kngzh)M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7GATE 门控位。门控位。 GATE = 0 启动由启动由TR0（或（或TR1）一位控制；）一位控制； GATE = 1 启动受启动受 TR0和和/INT0 （或或TR1TR1和和 /INT1 ）两位）两位控制。控制。 C/T 外部计数器外部计数器 / 定时器方式选择位定时器方式选择位 C/T = 0 定时方式；定时方式； C /T = 1 计数方式。计数方式。 M1 M0 工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）。 任务1 音乐门铃的分析与仿真第8页/共39页第九页，共39页。M1 M0工工 作作 方方 式式功功 能能 说说 明明 0 0方 式 013位位计数器 0 1方 式 116位位计数器 1 0方 式 2自动再装入8位位计数器 1 1方 式 3定时器0：分成两个8位位计数器定时器1：停止计数表4-1 定时器方式(fngsh)选择任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第9页/共39页第十页，共39页。（1） 方式(fngsh)013位方式(fngsh) TF0T0TR0GATEINT011&C/T=1振荡器1/12C/T=0TL0 TH08位低5位13位计数器中断中断(zhngdun)TCON定时定时(dn sh)时间：时间：t=（213-定时定时(dn sh)器初器初值）值）12/fosc (s)2 2、定时器计数器的工作方式、定时器计数器的工作方式任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第10页/共39页第十一页，共39页。（2） 方式(fngsh)116位方式(fngsh) 定时定时(dn sh)时间：时间：t=（216-定时定时(dn sh)器初值）器初值）12/fosc （s）振荡器1/12TL0 TH0TF011&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=18位8位16位计数器中断中断任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第11页/共39页第十二页，共39页。（3） 方式(fngsh)28位自动装入时间常数方式(fngsh) TF0振荡器1/1211&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TL0 TH0中断中断(zhngdun)定时定时(dn sh)时间：时间：t=（28-定时定时(dn sh)器初值器初值）12/fosc （s）任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第12页/共39页第十三页，共39页。（4） 方式(fngsh)32个8位计数器方式(fngsh) 仅T0可以工作在方式3此时T0分成2个独立(dl)的计数器TL0和TH0 ：前者用原来T0的控制信号（TR0、TF0），后者用原来T1的控制信号（TR1、TF1）。INT0TF0T0TR0GATE11&C/T=1振荡器1/12C/T=0TL0中断中断振荡器1/12TF1TH0中断中断TR1(P3.4)(P3.2)定时定时(dn sh)/计数器计数器固定为定时器固定为定时器任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第13页/共39页第十四页，共39页。二者的定时二者的定时(dn sh)时间分别是：时间分别是：TL0：t=（28-TL0初值）初值）12/fosc （s）TH0：t=（28-TH0初值）初值）12/fosc （s） 此时定时器此时定时器T1仍然仍然(rngrn)可设置成方式可设置成方式0、1或或2，但，但TR1和和TF1被定时器被定时器T0占用，一般用作串行口波特率发生占用，一般用作串行口波特率发生器或不需要中断的场合。器或不需要中断的场合。任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第14页/共39页第十五页，共39页。例4-1 假设(jish)晶振频率是12MHz，用定时器1方式0实现1s的延时。解：因方式0采用13位计数器,其最大定时时间为： 2131s =81921s = 8.192ms，因此，可选择定时时间为5ms，再循环200次。 1 1、 （2 21313- -X X）12/12=512/12=510103 3 X=8192-5000X=8192-5000 =3192= =3192=0110 00110110 0011 1100011000 B B （TH1）= 63H （TL1）=18H2、TMOD：0000 0000-00H任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第15页/共39页第十六页，共39页。可编得1s延时子程序如下(rxi)： void delay1s()/1s延时函数延时函数(hnsh)-定时器定时器5ms，循环，循环200次次 uchar i; /设置为字符型变量设置为字符型变量 TMOD=0 x00;/T0为工作方式为工作方式0-M1M0=00 for(i=0;i0 xc8;i+) /循环循环200次次 TH1=(8192-5000)/32; /延时延时50ms的初值的初值6318H TL1=(8192-5000)%32; TR1=1; /启动启动T1 while(!TF1); /TF1由由0变为变为1，定时时间到，定时时间到 TF1=0; /50ms定时时间到定时时间到,将将TF1清零清零 任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第16页/共39页第十七页，共39页。DELAY：MOV R3 , #14H ；（；（20） MOV TMOD ，#10H ；设；设T1工作工作(gngzu)于方式于方式1定时定时 MOV TL1 ，#0B0H ；装入计数值低；装入计数值低8位位 MOV TH1 ，#3CH ；装入计数值高；装入计数值高8位位 SETB TR1 ；启动定时器；启动定时器 LP1:JBC TF1 , LP2 ;查询计数溢出查询计数溢出 SJMP LP1 LP2: MOV TL1 ，#0B0H ；重装初值；重装初值 MOV TH1 ，#3CH DJNZ R3, LP1 RET 1、 （216-X）12/12=50103 X=65535-50000=15536=0011 1100 1011 0000B （TH1）= 3CH （TL1）=B0H2、TMOD：0001 0000-10HM0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7T1控制T0控制定时定时(dn sh)时间：时间：t=（216-定时定时(dn sh)器初值）器初值）12/fosc （s）第17页/共39页第十八页，共39页。可编得1s延时子程序如下(rxi)： void delay1s() /1s延时函数延时函数-定时器定时器50ms，循环，循环20次次 uchar i; /设置为字符型变量设置为字符型变量 TMOD=0 x10;/T1为工作方式为工作方式(fngsh)1-M1M0=10 for(i=0;i0 x14;i+)/循环循环20次次 TH1=(65536-50000)/256; /延时延时50ms的初值的初值-3CB0H TL1=(65536-50000)%256; TR1=1; while(!TF1); /TF1由由0变为变为1，定时时间，定时时间到到 TF1=0;/查询方式查询方式(fngsh)时，时，TF*必须由必须由软件清零软件清零 任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第18页/共39页第十九页，共39页。例4-2 假设晶振频率是12MHz，用定时器1方式2实现(shxin)1s延时。解：因为方式2是8位计数器，其最大定时时间为：2561s = 256s，为实现(shxin)1s延时，可选择定时时间为250s，再循环4000次。1 1、 （2 28 8-X-X）12/12=25012/12=250 X=256-250X=256-250 =6= =6=0000 01100000 0110 B B （TH1）= 06H （TL1）=06H2、TMOD：0010 0000-20H任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第19页/共39页第二十页，共39页。可编得1s延时子程序如下(rxi)： void delay1s() /1s延时函数延时函数-定时器定时器250us，循环，循环4000次次 uint i; /设置为整型变量，范围为设置为整型变量，范围为0-65535 TMOD=0 x20; /T1为工作方式为工作方式2-M1M0=10 TH1=6; /延时延时250us的初值的初值-6 TL1=6; /放在放在for循环之外循环之外 for(i=0;i4000;i+) /循环循环4000次次 TR1=1; /启动启动T1while(!TF1); /TF1由由0变为变为1，定时时间，定时时间(shjin)到到TF1=0; /250us定时时间定时时间(shjin)到到,将将TF1清零清零 任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 第20页/共39页第二十一页，共39页。1. 方式(fngsh)013位方式(fngsh) 定时器使用定时器使用(shyng)(shyng)时定时时间：时定时时间： t=（213-定时器初值）定时器初值）12/fosc (s)2. 方式(fngsh)116位方式(fngsh) t=（216-定时器初值）定时器初值）12/fosc (s)3. 方式28位自动装入时间常数方式 t=（28-定时器初值）定时器初值）12/fosc (s)4. 方式32个8位计数器方式 TL0：t=（28-TL0初值）初值）12/fosc （s）TH0：t=（28-TL1初值）初值）12/fosc （s）任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第21页/共39页第二十二页，共39页。3 3、定时器计数器的编程和应用、定时器计数器的编程和应用(yngyng)(yngyng)5000us5000us5000us5000us定时定时(dn sh)时间：时间：t=（216-定时定时(dn sh)器初值）器初值）12/fosc （s）1、 （216-X）12/12=5103 X=60536=1110 1100 0111 1000B （TH0）= 0ECH （TL0）=78H2、TMOD：0000 0001 -01H任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第22页/共39页第二十三页，共39页。/*- 定时定时(dn sh)器中断子程序器中断子程序-*/void Timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=(65536-5000)/256; /重新赋值重新赋值 12M晶振计算，指令周期晶振计算，指令周期1uS， TL0=(65536-5000)%256; /10mS方波半个周期方波半个周期5000uS，即定时，即定时(dn sh)5000次次 /溢出然后输出端取反溢出然后输出端取反 OUT=OUT; /用示波器可看到方波输出用示波器可看到方波输出 任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第23页/共39页第二十四页，共39页。/*- 名称：定时名称：定时(dn sh)器器0 内容：通过定时内容：通过定时(dn sh)产生产生10mS方波方波-方式方式1、中断方式、中断方式-*/#include /包含头文件包含头文件sbit OUT=P30; /定义定义OUT输出端口输出端口/*- 主程序主程序-*/main() TMOD = 0 x01; /使用模式使用模式1，16位定时位定时(dn sh)器，器， EA=1; /总中断打开总中断打开 ET0=1; /定时定时(dn sh)器中断打开器中断打开 TR0=1; /定时定时(dn sh)器开关打开器开关打开 while(1);任务任务(rn wu)1 (rn wu)1 音乐门铃音乐门铃 第24页/共39页第二十五页，共39页。编程方法(fngf)计算(j sun)计数器的计数初值: 编程时将计数初值送THi、 TLi(i=0或i=1)； 可编程器件T0、T1在使用(shyng)前需要进行初始化：确定TMOD控制字：编程时将控制字送TMOD； （如果使用中断方式）开中断: 编程时置位EA、ETi （如果使用查询方式）观察TFi TRi位置位控制定时器的启动和停止。任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第25页/共39页第二十六页，共39页。1. 方式(fngsh)013位方式(fngsh) 计数器使用计数器使用(shyng)(shyng)时：时： 定时器初值定时器初值= 213-计数值计数值(shz)2. 方式116位方式 3. 方式2、38位方式 定时器初值定时器初值= 216-计数值计数值定时器初值定时器初值= 28-计数值计数值任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第26页/共39页第二十七页，共39页。itfT212016知识拓展：定时器发声知识拓展：定时器发声(f shn)(f shn)原原理理第27页/共39页第二十八页，共39页。音符音符( (低音低音) )频率/Hz定时初值音符音符( (中音中音) )频率/Hz定时初值音符音符( (高音高音) )频率/Hz定时初值 1 DO262F88C(63628) 1 DO523FC44(64580) 1 DO1046FE22(65058) 2 RUI294F95B(63835) 2 RUI587FCAC(64684) 2 RUI1175FE56(65110)3 MI330FA15(64021)3 MI659FD09(64777)3 MI1318FE85(65157)4 FA349FA67(64103)4 FA698FD34(64820)4 FA1397FE9A(65178)5 SO392FB04(64260)5 SO784FD82(64898)5 SO1568FEC1(65217)6 LA440FB90(64400)6 LA880FDC8(64968)6 LA1760FEE4(65252)7 XI494FC0C(64524)7 XI988FE06(65030)7 XI1976FF03(65283)方式方式(fngsh)1 ：(216-X)*12/12=956us X=64580-FC44H (TL0=44H TH0=0FCH)中音中音DO:T=(1/523) =1.912ms 方波：方波： 1.912ms /2=0.956ms=956us定时器定时时间定时器定时时间(shjin)（半个周期）（半个周期）定时器发声原理定时器发声原理第28页/共39页第二十九页，共39页。曲调值曲调值1/41/4拍时间拍时间（msms）1/81/8拍时间拍时间（msms）调调4/412562调调3/418794调调2/4250125定时器发声定时器发声(f shn)(f shn)原理原理第29页/共39页第三十页，共39页。相关知识：键盘相关知识：键盘1 1、键盘、键盘(jinpn)(jinpn)工作原理工作原理 （1 1）按键）按键(n jin)(n jin)的分类的分类1）按键按照结构原理可分为两类: 触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等； 无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。 前者造价低，后者寿命长。目前，单片机系统中最常见的是触点式开关按键。 2）按键按照接口(ji ku)原理可分为: 编码键盘。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别。 非编码键盘。非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。 任务任务2 2 音乐演奏器音乐演奏器第30页/共39页第三十一页，共39页。任务任务(rn wu)二二 音乐演奏器的设计与实现音乐演奏器的设计与实现（2 2）键输入）键输入(shr)(shr)原理原理1） 键盘接口的基本功能 键扫描：监测有无键按下。判别是否有键按下的方式有中断方式和查询方式两种： 中断方式：当键按下时，就向CPU发出中断请求。CPU响应后，对键盘扫描，进行识别，取出键值，作相应处理。 查询方式：每隔一定时间，CPU扫描键盘一次，查询有无键按下。若有键按下，则再查键值，作相应处理。 去抖动： 一个电压信号通过机械触点(ch din)的开/关过程中，由于机械触点(ch din)的弹性作用，在开关瞬间均有抖动过程，会出现一系列的负脉冲， 图4-2 机械触点的开/关过程 第31页/共39页第三十二页，共39页。任务二任务二 音乐演奏器的设计音乐演奏器的设计(shj)与实现与实现a）硬件去抖 硬件消抖可以采用R-S触发器或单稳电路构成去抖电路，分别如图4-18所示。 硬件消抖因为要增加硬件开销， 造成电路复杂，除了(ch le)在数字电路里使用外，在单片机系统中不太采用。 b）软件去抖 在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键是否保持闭合状态。另外一种方法是连续判断按键所在线路的电平，如果连续100次（甚至更多）都出现低电平（一般按键都是低电平表示按下），就认为按键已经稳定，可以进行识别，这是企业实际开发产品中常用的方法。 图4-3 硬件(yn jin)去抖电路 第32页/共39页第三十三页，共39页。任务二任务二 音乐演奏器的设计音乐演奏器的设计(shj)与实现与实现 键识别：确定是哪一个键按下，取出键值。每一个按键都要确定一个键值，以便实现按键功能(gngnng)的转移。散转指令就是要根据这个键值来转移。 其它可靠的逻辑处理办法：一次锁定：不管一次按键的时间有多长，仅作一次处理。2） 键输入操作的基本框图 图4-4 键输入框图 第33页/共39页第三十四页，共39页。设计方案设计方案 选用AT89C51单片机芯片、时钟电路、复位(f wi)电路、电源和按键和一个扬声器构成门铃电路控制的最小系统 。任务实施任务实施并并行行接接口口AT89C51单片机单片机电源电源(dinyun)时钟时钟(shzhng)电路电路复位电路复位电路扬声器扬声器图4-5 系统方案设计框图 按键按键任务任务1 1 音乐门铃音乐门铃 第34页/共39页第三十五页，共39页。任务任务1 1 音乐音乐(ynyu)(ynyu)门铃门铃 图4-6 音乐(ynyu)门铃电路原理图 第35页/共39页第三十六页，共39页。设计方案设计方案 选用AT89C51单片机芯片(xn pin)、时钟电路、复位电路、电源和8个按键，按键采用矩阵式键盘，8个按键代表do,rui,mi,fa,so,la,xi,do等8个音阶，可弹奏不同声音。任务实施任务实施并并行行接接口口AT89C51单片机单片机电源电源(dinyun)时钟时钟(shzhng)电路电路复位电路复位电路查询式键盘查询式键盘图4-7 系统方案设计框图扬声器扬声器任务任务2 2 音乐演奏器音乐演奏器第36页/共39页第三十七页，共39页。任务任务(rn wu)2 (rn wu)2 音乐演奏器音乐演奏器图4-8 系统(xtng)方案设计框图 第37页/共39页第三十八页，共39页。知识知识(zh shi)(zh shi)梳理与总结梳理与总结1 1、单片机定时器的概念、单片机定时器的概念(ginin)(ginin)； 2 2、单片机定时器的工作、单片机定时器的工作(gngzu)(gngzu)方式；方式；3 3、C C语言函数的定义和调用语言函数的定义和调用 ；4 4、C C语言定时器中断函数的设计语言定时器中断函数的设计 。项目四 音乐演奏器设计 第38页/共39页第三十九页，共39页。