电子课程设计：
激光竖琴设计
专业：电子信息科学与技术
日期：2012.1.14
激光无弦琴
设计任务和技术要求：若干组 LD 发射相互平行的光束，由相同数量的光电二极管接收，分别对应一个音符，如此便以光束组成五弦琴或七弦琴。当手指在某路光束上勾动，会短暂阻断光路，二极管检测到光强变化，装置发出相应音符的琴声。为使发音逼真
动听，可采用音乐芯片或用录音芯片录制真实琴音播放。验收时需演示简单曲目的弹奏。
摘要：
利用五个激光管发出的光束作为琴弦，用容易找到的纸盒做琴架，用电池及开关控制整个系统的通断。利用单片机控制播动激光琴弦时发出不同音调的声音。
当有激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压，此时它为低电平，令此它的逻辑电平为0。当无激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压，则这时它为高电平，令此它的逻辑电平为1。这样，当遮挡激光的光线时，就能在电路中产生开关的效果。
因而，当我们用手遮挡激光的时候对应的光敏电阻的电阻电压为高电平，此时激光琴就会发出声音，连续遮挡不同的激光管就能演奏出动听的音乐。
关键词：激光管 单片机 光敏电阻
ABSTRACT:The five beam emitted from the laser tubeas the strings use of single-issue different tones of voice broadcast dynamic laser strings photoresistor when the laser irradiation, single-chip microcontroller read voltage is low, so it's logical level 0; the
photosensitive resistor voltage read by the microcontroller when the laser irradiation is high so it logic level. Therefore, when the cover of the laser light, it can also be in the efficiency of the switch is generated in the circuit. Thus, when we block the laser by hand when the resistance of the photoresistor corresponding voltage is high, the laser piano will sound,continuous block the laser tube will be able to play the sounds of music.
KEY WORDS: Laser tube ; Singlechip ; Photoresistor
目录
激光无弦琴...................................................................................................................... 2
设计任务和技术要求：.............................................................................................. 2
摘要：...................................................................................................................... 2
一、总体设计：............................................................................................................... 4
1.1结构要求：.......................................................................................................... 4
1.2、功能要求：....................................................................................................... 4
二、方案实现及原理：..................................................................................................... 4
2.1总电路图.............................................................................................................. 4
2.2 系统组成及各工作原理：.................................................................................... 5
2.2.1发射部分：................................................................................................ 5
2.2.2感应部分：................................................................................................ 5
2.2.3响应部分：................................................................................................ 5
2.3工作原理：.......................................................................................................... 5
三、硬件设计：............................................................................................................... 6
3.1 硬件组成：......................................................................................................... 6
3.1.1竖琴支架：................................................................................................ 6
3.1.2感应部分.................................................................................................... 6
3.2单片机核心模块：................................................................................................ 6
3.3 感光部分电路...................................................................................................... 7
3.4发音电路：.......................................................................................................... 7
3.5单片机内部程序设计：......................................................................................... 8
四、误差分析................................................................................................................... 8
4.1使用不当:............................................................................................................. 9
4.2品质不良: ........................................................................................................... 9
4.3有异物侵入:......................................................................................................... 9
五、分析及总结............................................................................................................... 9
参考文献.......................................................................................................................... 9
附录............................................................................................................................... 10
附录1、实物图........................................................................................................ 10
附录2、程序........................................................................................................... 10
一、总体设计：
用激光当做虚拟琴弦，手拨到琴弦时会发出相应的音调，从而达到模仿竖琴演奏简单乐曲的目的。整体的设计要求主要体现在结构和功能两个方面。
1.1结构要求：
1）该系统由五个激光管构成的发射部分、五个光敏电阻与5个电压比较器、51单片机的p2口构成的感应部分的响应部分四部分组成；
2）通过单片机串行口进行数据传输。
1.2、功能要求：
1）用手挡住五根激光中的一根时，喇叭响起与之对应的五个音节中的一个。
2）连续挡住不同的激光管时能演奏简单的音乐。
二、方案实现及原理：
2.1总电路图
2.2 系统组成及各工作原理：
整个激光竖琴系统分为发射、感应及响应三部分。
2.2.1发射部分：
由五个激光管模仿竖琴琴弦构成。
激光管发射的集中且亮度较高的红外线有利于感应部分的光敏电阻较敏感的感应光亮变化从而产生较明显的阻值变化。激光发出的是平行光，不会对临近的光敏电阻产生影响。
2.2.2感应部分：
主要由光敏电阻和AT89C52单片机两部分部分组成。
激光管发射的光束被挡住时，对应的光敏电阻感应并产生阻值变化，由于分压的原理，五个光敏电阻两端产生高低电位的变化并输入电压比较器，并由单片机检测读取P2口高低电位变化，完成操作指令的输入，单片机根据指令信息来控制数据通过串行口传输数据，对其输入信号进行判断，然后既对接蜂鸣器的p3^7口赋值，使其产生相应的反应。
注：当给定某个串口高电平时，该支路导通，蜂鸣器发声。
2.2.3响应部分：
由蜂鸣器构成。
蜂鸣器负责发出声响。
2.3工作原理：
当有激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压，令此时它的逻辑电平为0。当无激光照射时，单片机读取光敏电阻的电压，则这时它的逻辑电平为1。这样，当遮挡激光的光线时，就能在电路中产生开关的效果。
人耳能听到的声音频率为20Hz~20kHz，通过51单片机自带的16位定时器就可以产生上述音频。一般音乐电路是以正弦波信号驱动喇叭以产生音乐，而在数位电路里则是以脉动信号驱动。在单片机里设置5个不同的频率就能输出相应的音调。
三、硬件设计：
3.1 硬件组成：
3.1.1竖琴支架：
由可方便找到的硬纸盒做成。其中激光管及光敏电阻由塑料泡沫和焊板固定。材料方便寻找且价格便宜，减少了不必要的花费。
3.1.2感应部分
以单片机为核心连接激光管，光敏电阻和电压比较器；发音部分以单片机为核心连接喇叭。
3.2单片机核心模块：
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。
3.3 感光部分电路
感光部分的电路主要由2部分组成，分别为单片机电路、光敏电阻与电压比较器电路等。
光敏电阻与电压比较器的电路：由五个光敏电阻共阳极组成，高电平有效，光被挡住时，向单片机输入指令数据。
图1光敏电阻控制电路
3.4发音电路：
发音电路由无源蜂鸣器电路构成。
3.5单片机内部程序设计：
在系统工作过程中，单片机不断扫描P2口的电平变化，之后按照相应的指令执行。
流程图如下：
四、误差分析
当蜂鸣器发出的声音,不是清脆且单纯的哔声时,我们会称为是杂音,或是破音,蜂鸣器杂音的成因,可分为三种可能。
4.1使用不当:蜂鸣器电压过高: 使膜片敲打到内部的其他零件,产生零件撞击的声音,使用的频率不对:未将频率设订在额定频率上,例如规格是2730Hz,使用者却给2400H就很容易有异音,尤其在额定频率前10% 范围最会产生异音.
4.2品质不良:膜片异位,电磁式蜂鸣器的膜片是”放”而非黏在支架上,故有可能因为激烈的外力使膜片跑出该在的定点,而造成杂音.
4.3有异物侵入:在组装蜂鸣器,或是使用者的产线加工时,若有小铁粉,铁屑进入蜂鸣器内部,也会造成杂音的发生。3.编程方面有缺陷，单片机开始工作后，定时器无法关闭，一直有输出。
五、分析及总结
本次的实验可谓一波三折，最后的设计跟最初的设计是有改动的，原因是光敏电阻反馈的信号过强或过弱，使激光无弦琴一直发杂音，后来经过分析和总结，决定对电路进行改进，我们加装了5个电压比较器，也就是使用了2个LM324，用以感应光强变化分析和反馈，问题迎刃而解。
本设计主要采用STC89C52单片机控制，利用光敏电阻特性和激光管工作原理构成了一个激光无弦琴，其充分利用了光学原理，且在新领域有着多种利用价值。通过这次的实验，我们提高对问题分析和解决能力，提高了动手操作能力，对思维和手工有很大的锻炼。
参考文献
1．林士胜.单片机技术及工程实践 机械工业出版社，2010.2
2. 阎石. 数字电子技术基础第四版[M]．北京：高等教育出版社, 1998.12：77 -174
3. 张瑞玲.单片机原理与应用 西北工业大学出版社20##年12月
4. 王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009
5. 吴正光.电子技术实验仿真与实践 科学出版社，2008
附录1、程序
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
bit flag; //标志音乐输出脚电平的高低
uchar ptr = 0x00; //取音符
uchar high; //计数器高位
uchar low; //计数器低位
uchar code music[] = {
0xFA,0x68,0xFF,0xFD,0x23,0x7F, 0xFD,0x23,0x7F,0xFC,0x44,0x7F, 0xFC,0x44,0xFF};
//1 2 3 4 5
sbit guang1=P2^0;
sbit guang2=P2^1;
sbit guang3=P2^2;
sbit guang4=P2^3;
sbit guang5=P2^4;
sbit beep=P3^7;
void Init(void); //初始化函数
void DelayMs(unsigned int time); //毫秒级延时函数
int zhi;
uchar time;
int Panduan()
{
if((guang1||guang2||guang3||guang4||guang5)==0)
return 0;
else if(guang1==1)
return 1;
else if(guang2==1)
return 2;
else if(guang3==1)
return 3;
else if(guang4==1)
return 4;
else if(guang5==1)
return 5;
}
void main(void)
{
Init();
TH0 = high;
TL0 = low;
beep=0;
while(1)
{
beep=0;
zhi=Panduan();
if(zhi==0)
{ beep=0;
TR0 = 0;
}
if (zhi==1)//判断是否是正常音符
{
TR0 = 0;
beep = 0;
DelayMs(10); //间歇
TR0 = 1;// ptr=zhi-1
high = music[0]; //取设置频率数值的高8 位
low = music[1]; //取设置频率数值的低8 位
time = music[2]; //取发声时间
DelayMs(time);
// ptr += 3;
}
if (zhi==2)//判断是否是正常音符
{
TR0 = 0;
beep = 0;
DelayMs(10); //间歇
TR0 = 1;// ptr=zhi-1
high = music[3]; //取设置频率数值的高8 位
low = music[4]; //取设置频率数值的低8 位
time = music[5]; //取发声时间
DelayMs(time);
// ptr += 3;
}
if (zhi==3)//判断是否是正常音符
{
TR0 = 0;
beep = 1;
DelayMs(10); //间歇
TR0 = 1;// ptr=zhi-1
high = music[6]; //取设置频率数值的高8 位
low = music[7]; //取设置频率数值的低8 位
time = music[8]; //取发声时间
DelayMs(time);
// ptr += 3;
}
if (zhi==4)//判断是否是正常音符
{
TR0 = 0;
beep = 1;
DelayMs(10); //间歇
TR0 = 1;// ptr=zhi-1
high = music[9]; //取设置频率数值的高8 位
low = music[10]; //取设置频率数值的低8 位
time = music[11]; //取发声时间
DelayMs(time);
}
if (zhi==5)//判断是否是正常音符
{
TR0 = 0;
beep = 1;
DelayMs(10); //间歇
TR0 = 1;// ptr=zhi-1
high = music[12]; //取设置频率数值的高8 位
low = music[13]; //取设置频率数值的低8 位
time = music[14]; //取发声时间
DelayMs(time);
}
}
}
void Count1(void) interrupt 1
{
TH0 = high;
TL0 = low;
if (flag == 0) //改变P2_3 引脚电平
{
beep= 0;
flag = 1;
}
else
{
beep= 1;
flag = 0;
}
}
void Init()
{
TMOD = 0x01; //定时器0 处于计时方式,16 位
EA = 1;
ET0 = 1; //定时器0 溢出中断
}
void DelayMs(unsigned int time)
{
unsigned int i;
unsigned int j;
for (j =0; j < time; j++)
{
for (i =0; i < 120; i++)
{;}
}
}