Sử dụng vi điều khiển 8051 thiết kế mạch phát nhạc đơn âm (kết hợp hiển thị led và phát nhạc)

Vận dụng các kiến thức đã học em thực hiện đề tài “ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 ĐỂ PHÁT NHẠC ĐƠN ÂM” Với kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài em không tránh khỏi các

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật ,công nghệ điện tử cũng đang có những bước phát triển chóng mặt Trong đó, công nghệ vi điện tử có những bước phát triển vượt bậc nhất Những con chip có kích thước nhỏ gọn đang là sự lựa chọn tối

ưu cho nhiều lĩnh vực

Thực tế đã cho thấy, những sản phẩm của công nghệ vi điện tử rất đa dạng và phong phú, đã vươn tới mọi lĩnh vực trong cuộc sống.Từ những ứng dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho đến những hệ thống điều khiển phức tạp Vận dụng các kiến thức

đã học em thực hiện đề tài “ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 ĐỂ PHÁT NHẠC ĐƠN

ÂM”

Với kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài em không tránh khỏi các thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

để đề tài hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện đề tài Trần Thị Kiều

LỜI CẢM ƠN

Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên ở giảng đường Đại học Để trở thành một cử nhân hay một kỹ sư đóng góp những gì mình đã học được cho sự phát triển đất nước Việc làm khóa luận tốt nghiệp nhằm mục đích giúp sinh viên hình thành ý tưởng về vấn đề nghiên cứu, biết cách tổng hợp và vận dụng lý thuyết để ứng dụng trong thực tế

Trong thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, em đã có một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài Kết quả thu được không chỉ do nỗ lực của bản thân em mà còn có sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn đến:

- Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Vật Lý – Trường Đại học Sư Phạm đã quan tâm, tạo điều kiện giúp chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

- Thầy Lê Xứng: Giáo viên hướng dẫn, hỗ trợ em hoàn thành tốt đề tài về phương pháp, nội dung và truyền đạt kinh nghiệm trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp

- Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho em những đóng góp quý báu để luận văn thêm hoàn chỉnh

- Cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện học tập tốt nhất cho em

- Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè là những người luôn giúp đỡ, trao đổi thông tin về đề tài trong quá trình thực hiện khóa luận

Trong quá trình thực hiện và trình bày khóa luận không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế, do vậy em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét phê bình của quý thầy

cô và các bạn Đó là những kinh nghiệm cần thiết và là hành trang trên con đường lập nghiệp của em sau này

A MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, nhân loại đang trải qua một cuộc cách mạng khoa học

- kỹ thuật với quy mô to lớn, toàn diện trên tất cả mọi lĩnh vực Các thành tựu đó đã góp phần nâng cao cuộc sống con người cả về vật chất lẫn tinh thần Xưa nay, cứ hể nói đến vi

xử lý hẳn chúng ta ai cũng hình dung đó là những mạch điện với rất nhiều LED, động cơ,

ma trận phím hay ma trận LED, LCD… rất ít người nghĩ đến một ứng dụng hơi lạ đó là dùng vi xử lý để phát nhạc Là những sinh viên được học về chuyên nghành điện tử chúng

em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của những con chip trong lĩnh vực này.Chúng

em muốn lập trình vi điều khiển 89C51 để phát ra các nốt nhạc đơn âm như cây đàn piano

và phát các bài hát mà mình yêu thích Với hi vọng sẽ đem lại những giây phút thư giãn sau những giờ làm việc, học tập căng thẳng trong cuộc sống Đồng thời chúng em cũng muốn củng cố lại các kiến thức đã học trong suốt thời gian qua thông qua một mô hình thực tế.Và quan trọng hơn chúng em muốn bổ sung thêm những kiến thức về chuyên nghành của mình để thuận lợi cho công việc sau này Ngoài ra, nghiên cứu đề tài này chúng em có cơ hội được nghiên cứu, tìm hiểu thêm các kiến thức về nhạc lý Xuất phát

từ lý do trên chúng em chọn đề tài “ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 ĐỂ PHÁT NHẠC

ĐƠN ÂM ” làm đề tài tốt nghiệp

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài “ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 ĐỂ PHÁT NHẠC ĐƠN ÂM ” nhằm

giúp người thực hiện đề tài nắm bắt được những vấn đề sau:

- Thông qua việc thực hiện đề tài giúp cho những người thực hiện luận văn tốt nghiệp củng cố lại kiến thức đã học và tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới từ giáo viên hướng dẫn, từ các anh chị, các bạn học Đó cũng là khoảng thời gian chúng em thực tế hóa các kiến thức trên mô hình cụ thể cũng như hiểu rõ hơn cách viết chương trình cho vi điều khiển

- Qua quá trình thực hiện đề tài đã tạo điều kiện cho chúng em có những ý tưởng mới và giải quyết các vấn đề phát sinh một cách hiệu quả hơn

Do kiến thức chúng em còn hạn hẹp nên chúng em chỉ nghiên cứu một ứng dụng nhỏ Sản phẩm chưa có tính thực tiễn và thẫm mĩ cao nhưng nếu có thời gian nhiều hơn

và được nghiên cứu sâu hơn thì mô hình có thể ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí

Đó là phát nhạc có lời từ USB và thẻ nhớ

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng

- Vi điều khiển 8051 là một dòng vi điều khiển tương đối mạnh với nhiều tính

năng và còn thông dụng trên thị trường hiện nay Do đó có thể dễ dàng mở rộng thiết kế các ứng dụng khác Hoạt động hiệu quả và rất ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ so với các vi điều khiển khác

- Các tài liệu về linh kiện điện tử

- Các tài liệu hướng dẫn lập trình Assembly cho mạch

- Các tài liệu về âm thanh, nhạc lý

b Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ sử dụng vi điều khiển 8051 để lập trình, với 8 phím nhấn để chơi nhạc, 8 led đơn để hiển thị và 1 loa để phát nhạc

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu đề ra, đề tài cần thực hiện các yêu cầu sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế một mạch phát nhạc hoàn chỉnh

- Tìm hiểu thêm các ứng dụng của vi điều khiển, led…để mạch luận văn đa dạng hơn

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Nhiên cứu các tài liệu về nguyên lý hoạt động của thiết bị và linh kiện điện tử

- Nghiên cứu cách trình bày một luận văn tốt nghiệp

1.6 Những đóng góp của đề tài

- Đây là một đề tài nhỏ về lập trình trên vi điều khiển nên ứng dụng thực tế chưa

rộng lắm Đề tài được hoàn thành sẽ là một thiết bị giải trí phát nhạc đơn giản Đồng thời đây cũng sẽ là một tài liệu tham khảo hữu ích cho khóa sau phát triển rộng hơn

1.7 Cấu trúc của luận văn

B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ĐƯỢC SỬ DỤNG

TRONG MẠCH 1.1 Giới Thiệu Chung Về Vi Điều Khiển 89C51

1.1.1 Cấu trúc phần cứng MSC-51 ( 89C51 )

- MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho

họ là 8051 và 8031 Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên Byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Tập lệnh cung cấp một bản tiện dụng của những lệnh số học 8 Bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng trên Chip dùng cho những biến một Bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra Bit trực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi xử lý luận lý

- 8051 là một vi điều khiển 8 Bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory) Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng bộ nhớ không bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51 về tập lệnh và các chân ra PEROM ON – CHIP cho phép bộ nhớ lập trình được lập trình trong hệ thống hoặc bởi một lập trình viên bình thường Bằng cách kết hợp một CPU 8 Bit với một PEROm trên một chip đơn, ATMEL AT89C51 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn) mà nó cung cấp một sự linh động cao và giải pháp về giá cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển

- Vi điều khiển 8051 cung cấp những đặc tính chuẩn như sau: 4 KB bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 2 TIMER/COUNTER 16 Bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON- CHIP Thêm vào đó, AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động đến mức không tần số và

hỗ trợ hai phần mềm có thể lựa chọn những chế độ tiết kiệm công suất, chế độ chờ (IDLE MODE) sẽ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, timer/counter, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ giảm công suất sẽ lưu nội dung RAM nhưng sẽ treo bộ dao động làm mất khả năng hoạt động của tất cả những chức năng khác cho đến khi Reset hệ thống

Các đặc trưng của 89C51 được tóm tắt như sau:

- 4KB ROM

- 128 byte RAM

- 4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit

- 2 bộ định thời 16 bit

- Mạch giao tiếp nối tiếp

- Không gian nhớ chương trình ( mã ) ngoài 64K

- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K

- Bộ xử lý bit ( thao tác trên các bit riêng lẻ )

- 210 vị trí nhớ định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit

- Nhân/ chia trong 4µs

1.1.2 Sơ đồ khối của chíp 89C51

Hình 1.1: Sơ đồ khối của 89C51

4Kbytes ROM trong

Khối đ.khiển quản lý Bus

XTAL 1.2 EA/RST Cổng I/O

8 bit

CổngI/O Địa chỉ cao Dữ liệu 8 bit

Cổng I/O Địa chỉ thấp Dữ liệu 8 bít

Cổng I/O Các chức năng đặc biệt Dữ liệu 8 bit

128byte RAM trong

2bộ đếm / định thời

Port

3

PSEN/ALE

1.1.3 Chức năng của từng khối

1.1.3.1 Khối xử lý trung tâm CPU:

Phần chính của bộ vi xử lý là khối xử lý trung tâm (CPU=Central Processing Unit ), khối này có chứa các thành phần chính :

- Thanh chứa ACC (ký hiệu là A)

- Thanh ghi chứa phụ (ký hiệu là B) thường được dùng cho phép nhân và phép chia

- Khối logic số học (ALU=Arithmetic Logical Unit)

- Từ trạng thái chương trình (PSW= Program Status Word)

- Bốn băng thanh ghi (Blank)

- Con trỏ ngăn xếp (SP = Stack Point) cũng như con trỏ dữ liệu để định địa chỉ cho

bộ nhớ dữ liệu ở bên ngoài

Ngoài ra, khối xử lý trung tâm còn chứa:

- Thanh ghi đếm chương trình (PC= Progam Counter )

- Bộ giải mã lệnh

- Bộ điều khiển thời gian và logic

- Sau khi được Reset, CPU bắt đầu làm việc tại địa chỉ 0000h, là địa chỉ đầu được ghi trong thanh ghi chứa chương trình (PC) và sau đó, thanh ghi này sẽ tăng lên 1 đơn vị và chỉ đến các lệnh tiếp theo của chương trình

Khối xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung nhịp từ bộ tạo dao động được lắp thêm vào, linh kiện phụ trợ có thể là một khung dao động làm bằng tụ gốm hoặc thạch anh Ngoài ra, còn có thể đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài vào

1.1.3.2 Khối điều khiển và quản lý Bus:

Các khối trong vi điều khiển liên lạc với nhau thông qua hệ thống Bus nội bộ

được điều khiển bởi khối điều khiển quản lý Bus

1.1.3.3 Các bộ đếm / định thời:

Vi điều khiển 89C51 có chứa hai bộ đếm tiến 16 bit có thể hoạt động như là bộ định thời hay bộ đếm sự kiện bên ngoài hoặc như bộ phát tốc độ Baud dùng cho giao diện nối tiếp Trạng thái tràn bộ đếm có thể được kiểm tra trực tiếp hoặc được xoá đi bằng một ngắt Truy xuất các timer của 89C51 dùng sáu thanh ghi chức năng đặc biệt cho trong bảng sau:

bit

Các thanh ghi chức năng của timer trong 89C51

Bảng 1.1 Các thanh ghi chức năng đặc biệt

1.1.3.4 Các cổng vào ra:

Vi điều khiển 89C51 có bốn cổng vào/ra (P0 … P1), mỗi cổng chứa 8 bit, độc lập với nhau Các cổng này có thể được sử dụng cho những mục đích điều khiển rất đa dạng Ngoài chức năng chung, một số cổng còn đảm nhận thêm một số chức năng đặc biệt khác

1.1.3.5 Giao diện nối tiếp:

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm việc độc lập với nhau Bằng cách đấu nối các bộ đệm thích hợp, ta có thể hình thành một cổng nối tiếp RS-232 đơn giản Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể

đặt được trong một vùng rộng phụ thuộc vào một bộ định thời và tần số dao động riêng của thạch anh

1.1.3.6 Bộ nhớ chương trình:

Bộ nhớ chương trình thường là bộ nhớ ROM (Read Only Memory), bộ nhớ chương trình được sử dụng để cất giữ chương trình điều khiển hoạt động của vi điều khiển

1.1.4.2 Chức năng các chân:

Vi điều khiển 89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường

có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

a Các Port:

 Port 0:

Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 89C51 Trong các thiết

kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

 Port 1:

Port 1 là port IO trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2,

… có thề dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

 Port 2:

Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

 Port 3:

Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 89c51 như ở bảng sau:

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

P3.1 TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 1.2 Chức năng của các bit ở Port 3

b Các ngõ tín hiệu điều khiển

 Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable ):

- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ

chương trình mở rộng thường được nói đến chân 0E\ (output enable) của

Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh

- PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89C51 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh Khi 89C51 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1

 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable):

- Khi 89C51 truy xuất bộ nhơđ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

- Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và

có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống Chân

ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 89C51

 Ngõ tín hiệu EA\(External Access) :

- Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắt lên mức 1hoặc mức 0 Nếu

ở mức 1, 89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte Nếu ở mức 0, 89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trinh cho Eprom trong 89C51

 Ngõ tín hiệu RST (Reset):

- Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 89C51 Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset

 Các ngõ vào bộ giao động X1, X2:

- Bộ dao động được được tích hợp bên trong 89C51, khi sử dụng 89C51 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 89C51 là 12Mhz

 Chân 40 (VCC) được nối với nguồn 5V

1.2 Sơ Lược Về Các Linh Kiện Điện Tử

Điện trở công suất

1.2.1.3 Cách đọc vạch màu điện trở:

+ Ý nghĩa vạch màu:

Bảng 1.3 Các loại điện trở, kí hiệu và chức năng

Bảng 1.4 Ý nghĩa các vạch màu điện trở

+ Cách đọc các vạch màu theo thứ tự trên thân điện trở:

Ví dụ: màu trên thân điện trở theo thứ tự là:

Nâu đen cam nhũ vàng khi đó giá trị của điện trở là 10000 Ω ±5%

1.2.2 Tụ điện

1.2.2.1 Cấu tạo: gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi

là điện môi

1.2.2.2 Phân loại: tụ điện có nhiều loại nhưng dựa vào tính chất người ta phân ra

làm 2 loại chính là tụ phân cực và tụ không phân cực

 Tụ không phân cực : gồm có tụ giấy, tụ gốm, tụ mica

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu

 Tụ phân cực: tụ hoá

Bảng 1.5 Cách đọc vạch màu theo số thứ tự trên thân điện trở

Hình 1.3 Tụ gốm

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần

số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

1.2.3 Transitor

- Gồm 2 lớp bán dẫn nối với nhau hình thành 2 lớp tiếp giáp P_N

Hình 1.4 Tụ hóa

Hình 1.5 Transitor

- Led màu đỏ + vàng : điện áp từ 1,8 ÷ 2,2 V

- Led màu xanh dương + trắng: điện áp từ 2,8 ÷ 3 V

CHƯƠNG II CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ÂM THANH VÀ NHẠC LÝ

* Khái niệm chung về âm thanh

Âm thanh là do vật thể rung động, phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí

2.1 Nguồn Gốc Của Âm Thanh

- Lấy tay bật vào dây đàn, dây đàn rung lên và phát ra tiếng Tiếng đàn ngân dài, cho đến khi dây đàn hết rung thì âm thanh cũng tắt Nếu ta gõ trống, mặt trống rung lên và cũng phát ra tiếng Lấy tay sờ vào màng một cái loa đang kêu thì tay ta cảm thấy màng loa đang rung động

- Như vậy ta có thể kết luận: Âm thanh là do vật thể rung động, phát ra tiếng và lan truyền đi trong không khí Sở dĩ tai ta nghe được âm thanh là nhờ ở màng nhĩ Màng nhĩ nối liền với hệ thống thần kinh.Không khí là môi trường truyền dẫn âm thanh

- Một số chất truyền dẫn âm rất kém Các chất dẫn âm kém thờng là loại mềm, xếp như bông, dạ, cỏ khô… gọi là chất hút âm Các chất này được dùng lót tường các rạp hát, các phòng cách âm … để hút âm, giảm tiếng vang

- Vận tốc truyền lan của âm thanh phụ thuộc vào môi trường truyền âm Thí dụ trong không khí là 340m/s, trong nước là 1.480m/s, trong sắt là 5.000m/s

- Trong hành trình truyền lan, nếu gặp phải các vật chướng ngại như tường, núi đá, hàng cây … thì phần lớn năng lượng của âm thanh sẽ bị phản xạ trở lại, một phần nhỏ tiếp tục truyền lan về phía trước Còn một phần nhỏ nữa của năng lượng âm thanh bị cọ sát với vật chướng ngại, biến thành nhiệt năng tiêu tán đi

2.2 Các Đặc Tính Của Âm Thanh

Âm thanh được đặc trưng bằng một số tần số sau:

- Tai ta có thể nghe được các tần số thấp tới 16Hz và tần số cao tới 20.000Hz

- Dải tần số từ 16Hz đến 20.000Hz gọi là siêu âm

- Dòng điện có tần số trong khoảng 16hz đến 20.000Hz gọi là dòng điện âm tần

- Trong dải âm tần, người ta chia ra:

 Tiếng trầm từ 16 đến 300Hz

 Tiếng vừa (tiếng trung) từ 300 đến 3000Hz

 Tiếng bổng (tiếng thanh) từ 3000 đến 20.000Hz

 Tiếng nói của người thường có tần số từ 80Hz đến 8000Hz

 Các nốt nhạc có tần số lần lượt là:

+ Đồ: 262 Hz + Rê: 294 Hz + Mi: 330 Hz + Pha: 349 Hz + Son: 392 Hz + La: 440 Hz + Si: 494 Hz

2.2.2 Công suất âm thanh

- Công suất âm thanh là năng lượng âm thanh đi qua diện tích S trong một thời gian tính bằng giây

- Công suất âm thanh P có thể tính bằng công thức :

- Công suất âm thanh tính theo oát (W)

- Sau đây là công suất của một số nguồn âm:

- Máy bay phản lực: 10.000W

- Búa máy: 1W

- Ô tô vận tải phóng nhanh: 0,12 W

- Nói chuyện bình thường: 0,0003 W

2.2.3 Cường độ âm thanh

- Cường độ âm thanh là công suất âm thanh đi qua một đơn vị diện tích là 1cm2

2.2.4 Các kiến thức nhạc lý cơ bản

- Âm nhạc là một môn nghệ thuật phối hợp âm thanh theo những quy luật nhất

định.Âm nhạc bắt nguồn từ những âm thanh trong cuộc sống,nó phản ánh những tình

cảm của con người

- Âm thanh có cao độ rõ ràng,có giai điệu và nhịp điệu,những âm thanh đó gọi là

có tính nhạc,chúng có 4 tính chất sau:

 Cao độ (Hauter):Mức độ trầm bổng của âm thanh VD:tiếng chuông chùa trầm ấm

 Trường độ (Durée):Mức độ ngắn dài VD:tiếng đồng hồ tíc tắc

 Cường độ (Intensité):Mức độ mạnh nhẹ của âm thanh VD:tiếng thác,suối chảy

 Âm sắc (Timbre):có thể có những âm thanh giống nhau về Cao độ,Trường độ,Cường độ nhưng chúng khác nhau về âm sắc VD: cùng một cao độ nhưng giọng nữ và nam khác nhau



 Dấu lặng:Trong khi trình bày một bài hát, bản nhạc, có những lúc ta phải ngưng nghỉ Thời gian ngưng nghỉ đó có các dấu hiệu để ghi lại, các dấu hiệu đó gọi là dấu lặng

 Dấu nối thường được sử dụng khi tăng thêm độ dài của nốt nhạc cùng tên nhau

 Dấu luyến là kí hiệu dùng để nối cao độ của các nốt nhạc khác tên nhau Hay nói cách khác, muốn thể hiện một tiếng hát ở hai nốt nhạc khác nhau người

ta dùng dấu luyến

 Dấu chấm dôi là kí hiệu tăng độ dài của nốt nhạc trong cùng một ô nhịp mà tổng độ dài của các nốt nhạc trong ô nhịp không vượt quá số phách quy định trong ô nhịp được ghi ở số chỉ nhịp Dấu chấm dôi là một chấm nhỏ nằm ở bên phải nốt nhạc và có giá trị tăng thêm 1/2 độ dài của chính nốt đó

 Dấu chấm ngân là kí hiệu ghi ở trên nốt nhạc, khi gặp dấu này, người hát hoặc người đàn có thể xử lí tự do

 Các nốt nhạc:

- Để ghi lại độ cao thấp của âm thanh người ta dùng 7 âm, thứ tự từ thấp đến cao là: Đô - Rê - Mi - Pha -Son - La – Si Viết tắt : Đô (C); Rê (D); Mi (E); Pha (F); Son (G); La (A); Si (B)

- 7 âm cơ bản được sắp xếp trên khuông nhạc như sau:

-

- Để phân biệt độ ngân dài ngắn của âm thanh người ta dùng một số hình nốt

nhạc Có 7 loại hình nốt nhạc sau:

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH

3.1 Các Bước Chuẩn Bị Lập Trình Trên Vi Điều Khiển

3.1.1 Dạng sóng của nốt nhạc

 Mỗi nốt nhạc có một tần số riêng, do đó chu kì T cũng khác nhau

 Dựa vào chu kì T, ta sẽ viết chương trình tạo các dạng xung có T tương ứng

10𝑇 xung

 Tính số hàm nop trong chương trình con delay: (10µs) DELAY1:

MOV R0, BIENLAP LOOP:

NOP ;µs NOP ;µs NOP ;µs NOP ;µs

Txung

NOP ;µs NOP ;µs NOP ;µs NOP ;µs DJNZ R0 , LOOP ;2µs RET ;2µs

 Giãn đồ thời gian của hàm Delay trên

 Từ giản đồ trên ta thấy:

Tổng thời gian Delay = 2µs + (số hàm nop + 2µs) * bienlap + 2µs

Số hàm nop phải viết là:

Số hàm nop =( Tổng thời gian Delay - 4 - 2*bienlap)/bienlap

 Tính biến trường độ (BTD) Trường độ Thời gian trễ Thời gian trễ (phân số) Giá trị BTD

- Ta nhận thấy _32 có thời gian trễ nhỏ nhất, ta sẽ lấy nó làm thời gian

chuẩn chung của tất cả các nốt nhạc (trường độ mỗi nốt = 0.0625s).Giã sử ta

muốn trường độ một nốt bất kỳ là _1 thì ta sẽ cho gọi nốt đó 32 lần

Tổng thời gian Delay Mov ׀

2µs (số hàm nop + 2µs) *bienlap 2µs

Ret ׀

 Tính biến lặng (BL)

- Tương tự trường độ, lặng cũng có từ _1, _2……_,32 Ta lấy _32 làm chuẩn nên cần tạo thời gian delay là: 0.0625s

- Để nâng cao tính chính xác của hàm LANG, ta nhận thấy:

- Mỗi vòng lặp của nhãn LLANG: sẽ dư ra 13us (do thời gian để thực

hiện các câu lệnh như mov (1us), setb (1us) , clr(1us), djnz (2us)……) nên ta

chọn thời gian delay là 0.0625s-13us = 62487

; -CHUONG TRINH LANG -

LANG:

MOV R4,BL

LLANG:

MOV TMOD,#01H MOV TH0,#HIGH(-62487) MOV TL0,#LOW(-62487) SETB TR0

JNB TF0,$

CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R4,LLANG RET

 Bảng giá trị của các nốt nhạc

3.2 Thiết Kế Phần Cứng

3.2.1 Sơ đồ khối toàn mạch và chức năng của các khối

3.2.1.1 Sơ đồ khối của toàn mạch

Hình 2.1 Sơ đồ khối toàn mạch

KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN 89C51

KHỐI

PHÍM

NHẤN

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI AUDIO

KHỐI NGUỒN

3.2.1.2 Chức năng của từng khối

a Khối vi điều khiển

+ Khối vi điều khiển 89C51 dùng để xử lý thuật toán, nhận tín hiệu từ các phím nhấn để điều khiển hiển thị led và xuất âm thanh ra loa.Code lập trình sẽ được nạp vào vi điều khiển để điều khiển cho mạch hoạt động

+ Các chân của Port 1 từ P1.0 đến P1.7 được nối với 8 nút nhấn Còn các chân của Port 3 từ P3.0 đến P3.7 được nối với 8 led đơn

+ Chân số 9 được nối với khối Reset

Hình 2.2: Khối điều khiển trung tâm

 Khối Reset:

- Tác dụng của khối Reset: Cài đặt trạng thái ban đầu cho vi điều khiển

- Đối với mạch này, khi chúng ta cho điện áp vào thì mạch Reset sẽ tác động

nên được gọi là mạch Reset khi đóng nguồn cung cấp Ngoài ra, bất kì lúc nào cần thiết chúng ta vẫn có thể nhấn công tắc Reset xuống để khởi động lại hệ thống Thời gian Reset của AT89C51 tác động ở mức cao trong khoảng hai chu kỳ máy tức là khoảng 2µs sau đó xuống thấp để AT89C51 bắt đầu làm việc

- Nguyên lý: Khi đưa chân Reset của vi điều khiển lên mức cao trong ít nhất 2

chu kì máy thì vi điều khiển thực hiện Reset

- Phương trình nạp điện cho tụ:

- Tụ C= 10µF: tạo xung Reset, hỗ trợ hoạt động reset diễn ra nhanh hơn

- Trở R1 = 100Ω R2 = 8,2K dòng , tạo thành mạch RC nạp điện cho tụ

Hình 2.3 Sơ đồ khối reset

+ Chân số 18,19 được nối với bộ dao động

 Khối dao động

- Trong hệ thống vi điều khiển, xung clock đóng vai trò quan trọng Chức năng quan trọng nhất của xung clock là đồng bộ hóa các hoạt động của các linh kiện khác nhau trong mạch Do đó, mạch tại xung dao động phải thỏa mãn điều kiện sau:

- Đảm bảo độ ổn định của tần số làm việc, giảm tối thiểu sai số ngẫu nhiên

- Thích ứng với các linh vi điều khiển AT89C51

- Sử dụng thạch anh là có tính thuyết phục nhất bởi thạch anh có tính ổn định cao và có giá trị xác định sai số rất nhỏ trong hệ thống bit

- Qua các tài liệu cho thấy tốc độ truy xuất dữ liệu trung bình khoảng 120ms đến 450ms tương ứng với 2,2MHz đến 8,3MHz với 8951 tần số làm việc thường từ 0HZ đến 24MHz do đó ta chọn tần số trog khoảng này là được, ở đây tần số làm

Hình 2.4 Sơ đồ khối tạo dao động

việc được chọn là 12MHz do thạch anh 12MHz rất phổ biến hiện nay và giá thành

hạ so với các loại khác

- Chu kỳ máy của AT89C51:

- Để xác định tần số xung nhịp cho mạch dao động có trong IC, để định chu

kỳ lệnh, trên chân 4 và chân 5 cho gắn thạch anh XTL Ở đây dùng tụ nhỏ C2, C3 có công dụng bù nhiệt ổn tần Với thạch anh có tần số 12MHz, tần số xung nhịp sẽ là 1MHz và như vậy chu kỳ thực hiện một lệnh sẽ là 1us

+ Chân 31 phải cho treo lên mức áp cao VCC, để xác định mạch chỉ làm việc với bộ nhớ nội (vì mạch không dùng thêm bộ nhớ ngoài)

+ Chân số 20 được nối Mass và chân số 40 được nối nguồn

b Khối nguồn:

Dùng để cung cấp một nguồn VDC cho vi điều khiển và các linh kiện trong mạch Chúng ta sẽ dùng nguồn điện 12V để đưa vào mạch nguồn Và mạch nguồn

sẽ cho ra điện áp 5V nhằm cung cấp điện cho vi điều khiển

Mạch nguồn bao gồm:

- Ổn áp 7805 cung cấp điện cho toàn mạch

- Tụ C = 1000µF/16V: dùng để lọc nhiễu nguồn

- Ba tụ 104: tụ chống nhiễu

6 6

- Đèn Led –Red: dùng để báo hiệu khi có nguồn cung cấp vào

- Trở công suất 33Ω/2W: dùng

- Diod 4148

- Diod cầu

- Trở 2K2

c Khối Audio: Gồm loa được nối với chân P2.4 để phát nhạc

d Khối phím nhấn: Gồm 8 nút nhấn được nối với các chân của Port 1 để

chọn chương trình Mỗi nút nhấn là một nốt nhạc hay một bài hát

 Phím 1: Thực hiện chương trình 1 “HAPPY_BIRTHDAY”

 Phím 2: Thực hiện chương trình 2 “ CHIEC_THUYEN_NAN”

Hình 2.6 Sơ đồ khối audio

Hình 2.7 Sơ đồ khối phím nhấn