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基于单片机的微型电子琴建模
摘 要:游戏是儿童的天性,同时也在孩子们的童年中扮演着“启蒙老师”的角色,对儿童的身也发展起到至关重要的作用。当前电子玩具在市场上供不应求,电子琴玩具就是一个非常好商机。电子琴经过上百年的发展,其设脉冲信号来驱动蜂鸣器发声,并通过控制蜂鸣器驱动信号的变化规律,即可实现的微型电子琴的演奏功能。
1 仿真环境
Proteus软件是英国著名的EDA工具(仿真软件),由Lab Center Electronics公司出版。是由PCB设计、实时交互仿真及电子应用系统设计组成的最先进的平台[3],集EDA工具软件的仿真功能和单片机及外围器件的仿真为一体。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
Proteus软件的功能特點为主要有下几点。
(1)不仅能仿真单片机的工作情况,还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。因此,这种仿真弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾[4]。
(2)同时支持模拟电路和数字电路仿真,可以利用系统提供的虚拟的输入输出器件或设备,如开关、按钮、键盘、发光二极管、数码管、LCD 显示器及图形仪表等直观实现信息的输入输出交互[5]。
(3)支持第三方集成编译软件,如IAR、Keil和MPLAB等多种编译器,进行高级语言的源码级仿真和调试[6]。
综上所述,Proteus软件具有开发周期短、设计成本低、实现效率好和竞争力强等特点,是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具,很大程度上为电子产品的开发提供了帮助。。
2 控制系统建模与仿真
控制系统模型建立
通过分析微型电子琴控制系统的设计要求,硬件电路选用单片机AT89C51作为核心器件,建立单片机最小系统电路,然后设计出完整的控制系统原理框图及仿真模型。
该控制系统是采用单片机AT89C51作为控制芯片,通过定时/计数器T0产生各种不同频率的脉冲信号,来实现的微型电子琴的演奏功能,单片机时钟频率为12MHz。
系统中通过按下S1~S8共8个按钮开关来演奏乐曲,单片机通过键盘扫描电路判断出是哪个按钮被按下,并通过查表得到相应按钮的频率,然后通过编程实现不同的音阶,最后通过扬声器播出音乐。
键盘扫描电路
键盘电路的原理图包括S1~S8共8个按钮开关,按钮-音阶对照关系为:按钮S1-S8分别对应中音Do、中音Re、中音Mi、中音Fa、中音So、中音La、中音Si、中音Si、高音Do。
键盘扫描电路扫描方式有两种:(1)常用的行扫描法;(2)速度较快的线反转法。该系统采用行扫描法,需要完成的工作如下。
(1)采用软件延时,调用延时子程序实现去抖处理,并判断是否有键按下。
(2)根据反馈给单片机的信号确定是哪个按钮被按下,并发送给主程序,以实现相应的功能。
晶振电路
晶振电路的原理图包含一个晶振和两个电容。其中电容是帮助振荡器起振和微调振荡器的频率,一般情况下其值均为30pF。
复位电路
复位电路的原理图包括电源,,100K电阻和复位