1 课程设计总体目标
1.1 功能目标（1）利用JD51开发板上的按键S1~S4进行音调选择，即按下不同的开关产生不同的音调，依次按动S1~S4 及组合按键，蜂鸣器发出1234567i八个音调；并在数码管上显示。 （2）编写2支歌曲，并可进行选择播放。 （3）拓展题：播放音乐前亮灯10秒，并可以通过按下按键来中断播放。 1.2 总体结构
图1-1 总体结构 1.3 工作原理音节由不同频率的方波产生，音节与频率的关系通过查表可得。要产生音频方波，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用计时器计时此半周期时间，每当计时到后就将输出方波的 I/0 反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O 反相，就可在 I/O 脚得到此频率的方波。在 ZKS-03 实验仪上，产生方波的 I/O 脚选用P1.7，通过跳线选择器 JP1 将单片机的 P1.7 与蜂鸣器的驱动电路相连。这样 P1.7 输出不同频率的方波，蜂鸣器便会发出不同的声音。另外， 音乐的节拍是由延时实现的，如果 1 拍为0.4 秒， 1/4 拍是 0.1 秒。只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍，每个音节相应的定时器初值 X 可按下法计算： （式1-1） 即 （式1-2） 其中，f是音调频率。当晶振f_osc=11.0592MHz时，音节“1”相应的定时器初值为x,则可得x=63777D=F921H其他的可同样求得。 另外，音乐的节拍是由延时实现的，如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒。只要设定延时时间，就可求得节拍的时间。延时作为基本延时时间，节拍值只能是它的整数倍。 表1-1 音调频率对照表
2 硬件设计运用到相关硬件为：51单片机、数码管、蜂鸣器等。 2.1数码管LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个，如图2-1所示，这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示，DP表示小数点。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，这样就可以看到不同的字样。发光二极管的阴极连接到一起连接到低电平的称为共阴极数码管，如图2-2所示，发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳极数码管，如图2-3所示。
图2-1 数码管 图2-2 共阴极数码管 图2-4 共阳极数码管 各段码位的对应关系，如表2-1所示： 表2.1 码位对应关系 LED显示断码如表2-1所示： 表2-2 LED显示段码 2.2蜂鸣器
图2-4 蜂鸣器电路图 这里的三极管主要是做驱动用的。因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，你要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。 2.3定时/计数器单片机内有两个16位定时/计数器（增量式计数） 1.工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3） （1）方式0（13位定时/计数）
图2-5 工作方式0 （2）方式1（16位定时/计数）
图2-6 工作方式1 （3）方式2（8位自动重装时间常数定时/计数）
图2-7 工作方式2 （4）方式3（仅适用于定时/计数器0） TL0 用于8位定时/计数，TH0 只用于8位定时。
图2-8 工作方式3 2.控制寄存器 （1）定时/计数器方式控制寄存器：TMOD ├──── T1 ────┼──── T0 ────┤ ├──┬──┬──┬──┼──┬──┬──┬─—┤ │GATE│C/T │ M1 │ M0 │GATE│C/T │ M1 │ M0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ GATE:门控位。1：打开，0：关闭 C/T:工作状态选择。1：计数状态，0：定时状态 M1,M0:工作方式选择 00 方式0 01 方式1 10 方式2 11 方式3 （2）定时/计数器控制寄存器：TCON ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │TF1 │TR1 │TF0 │TR0 │IE1 │IT1 │IE0 │IT0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ TF1,TF0:定时/计数器中断请求标志，1：有请求；0：无请求 TR1,TR0:定时/计数器运行控制位，1：打开；0：关断 IE1,IE0:外部中断INT1,INT0 中断请求标志，1：有请求；0：无请求 IT1,IT0:外部中断INT1,INT0 触发方式，1：下降沿触发；0：低电平触发
3.中断系统 五个中断源： INT0：外部中断0 INT1：外部中断1 T0：定时/计数器0中断 T1：定时/计数器1中断 TI/RI：串行I/O中断 中断允许寄存器：IE（1：允许；0：不允许） ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │EA │× │× │ES │ET1 │EX1 │ET0 │EX0 │ └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ EA: 全局中断允许位 ES: 串行口中断允许位 ET1:T1 中断允许位 EX1:INT1 中断允许位 ET0:T0 中断允许位 EX0:INT0 中断允许位
3 软件设计3.1流程图根据要实现的功能，流程图如下： 功能选择
音乐
开始
系统初始化
判断按键
判断按键
电子琴
液晶显示
播放音调
播放音乐
3.2软件组成键盘扫描、中断计时、数码显示、音乐播放、主程序 ①键盘扫描 键盘键值读取程序包括键盘扫描、消除抖动、键译码等内容。按键的识别主要有两种方法：行反转法和行扫描法。因为键盘为机械开关，容易引入抖动。为了消除抖动干扰，在程序中要加入消除抖动的部分。 ②中断计时 中断部分，中断定时器1主要负责输出不同频率的方波，产生声音，中断定时器1主要是计时按键时间及按键间隔时间的功能，在播放音乐的时候，还担任着播放音乐的节拍的任务。 ③音乐播放 音乐播放部分主要是实现播放程序里面的音乐的功能。 ④主程序 主程序主要是随时发出按键的声音功能，并且通过不同P口的扫描，判断是否是播放按键声音还是播放音乐，还是继续发出按键声音。 3.3详细思路1.题目一：利用JD51开发板上的按键S1~S4进行音调选择，即按下不同的开关产生不同的音调，依次按动S1~S4 及组合按键，蜂鸣器发出1234567i八个音调；并在数码管上显示。 方案：我们计划设计以C语言为主体的程序代码，用按键控制音符的输出，4个按键单个按下时会输出4个音符，另外4个按键进行两两组合表示另外4个音符，效果就像电子琴的按键一样。由于平时不能发声，只有按键后才发声，我们用定时器的启动TR0作为声音输出开关。在发现按键后，送入对应频率值，打开定时器，就发出了声音，延时一阵再关闭定时器，声音就停止了。整体C代码应该分为以下模块： （1）变量的定义。在这个模块里，我们要定义喇叭的输出脚，四个按键等。 （2）频率对照模块。在这个模块中，按照频率对照表定义一个矩阵，按照工作原理，每个频率值用两个八位二进制数来表示。这两个八位二进制数分为低八位和高八位，并可合并看做四位十六进制数。四位十六进制数可以表示0~65535范围内的数。对于12MHz的晶振，每一个电平保持时间为【65535-（四位十六进制数表示的十进制数）】微秒，用t来表示。因此该音调的一个周期为T=2*t，音调的频率f=1/T。在本项目中，由于要使用1234567i八个音调，因此建立的矩阵大小应为2*8，矩阵内的每个元素为一个八位二进制数，分别表示八个不同的频率。 （3）定时中断模块。产生定时中断以及音乐输出。4.主函数模块。在这个模块中，我们将使用while循环以及if判断等函数，对每个按键是否按下进行判定以及数码管的显示。 2.题目二：编写2支歌曲，并可进行选择播放。 方案：我们计划用三个按键来控制播放音乐。K1、K2每个键播放一首音乐，K4键停止音乐的播放。 程序分为以下几个模块。 （1）变量定义模块。在这个模块中，我们定义一些必要的引脚以及按键。 （2）频率对照模块。不同于任务一的频率对照模块，在这里我们要定义尽可能全的音调的频率。我们使用36*2的矩阵定义36个由低到高不同的频率，用于之后播放音乐。 （3）定时中断模块。调入预定时值，产生对应频率的音调。 （4）音乐符号串解释模块。使用此模块的原因在于，在之后的模块中我们会用123等数字、“’”、“.”、“_”、“|”等单引号、英文句号、下划线、分隔线等，来对一首歌进行编写。在这个模块中，我们使用switch函数，将以上不同符号分成多个case分别进行处理。 （5）奏乐模块。该模块是自定义的函数，入口是要演奏的音乐符号串，对音乐符号进行逐一解释，按照音长进行延时或中断，进而完成一首完整的曲子。在这个模块中，同时也要使用一个if函数进行判定，当在演奏过程中，使用者按下了K4按键，则退出音乐的演奏。 （6）音乐符号编写模块。在这个模块中，由两个自定义函数构成。每个自定义函数表示一首曲子。函数内容为该曲子对应的数字曲谱。 （7）主函数模块。在这个模块中进行对以上所有模块的统筹调用。
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