基于单片机的电子琴专业课程设计.doc

摘要本设计关键研究基于AT89C52单片机简易电子琴设计它是以单片机作为主控关键，设置键盘、蜂鸣器等外围器件；另外还用到部分简单器件如：NPN型三极管及电阻等利用按键实现音符和音调输入；用NPN型三极管8550实现低音频功率放大；最终用蜂鸣器进行播放“送别”本设计硬件部分关键由最小系统，按键系统模块和蜂鸣器模块组成其软件部分关键有主程序模块、定时中止程序、定时计数程序1）最小系统：它是单片机应用系统设计基础它包含单片机选择、时钟系统设计、复位电路设计、简单I/O口扩展、掉电保护等2）按键系统模块：本设计采取10个按键，其中7个按键用来显示7个音调，其它3个按键能够进行高低中音切换，并自动播放已存歌曲3）蜂鸣器模块：此电子琴发音电路是经过三极管驱动蜂鸣器发音，经过上拉电阻提升驱动能力此次设计首先对单片机设计简易电子琴仔细分析，接着制作硬件电路和编写软件程序，最终进行软硬件调试运行而且从原理图，关键芯片，各模块原理和各个模块程序调试来叙述利用单片机产生不一样频率来取得我们要求音阶，实现高、中、低共21个音符发音和音乐播放时控制，而且能自动播放程序中编排音乐系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功效完善，控制系统可靠，性价比高等，含有一定使用和参考价值。

目录1.概述 11.1设计背景 11.2设计意义 11.3 设计任务 12.系统总体方案及硬件设计 22.1总体设计 2方案一：采取单个逻辑器件组合 2方案二：用VHDL语言编程来实现 22.2单片机选型 32.3单片机最小工作系统 32.3.1 时钟电路 32.3.2复位电路 42.4 原理框图 42.5 按键部分设计 52.5.1操作键设计 52.5.2键盘设计 52.5.3去抖动 62.6发音部分设计 73.系统软件设计 73.1系统分析 73.1.1系统软件组成 73.1.2 系统总体功效步骤图 83.2 参数计算 93.2.1发音原理 93.2.2 计算举例 93.2.3 计算结果 93.3程序设计 113.3.1 判定音阶（高中低音）子程序 113.3.2 播放子程序（包含自动播放存放音乐和按键发音） 124. Proteus软件仿真 144.1硬件调试 144.2 软件调试 144.3 仿真结果（任举一例） 154.4 结果分析 155. 课程设计体会 16参考文件 17附1 源程序代码 18附2 系统原理图 261.概述1.1设计背景伴随电子科学技术飞速发展，电子技术正在逐步改善着大家学习、生活、工作,所以开发本系统期望能够给大家带来更多生活乐趣。

基于目前市场上玩具需求量增大，其中电子琴就是一个很好应用方面单片机技术使我们能够利用软硬件来实现电子琴功效，从而能够实现电子琴微型化，能够用作玩具琴、音乐转盘和音乐童车等等而且能够进行一定功效扩展鉴于传统电子琴能够用键盘上“1”到“A”键演奏从低So到高DO等11个音，从而也能够经过单片机实现对十个按键扩展，实现七个音符键高、中、低21个音调显示播放和任意音乐自动播放该设计将十个音键制作成独立键盘，其中七个为音符键，三个为控制键，使电子琴功效愈加完美不仅能够实现对按键控制，而且能够实现对音乐自动存放和播放，使该设计功效愈加完善1.2设计意义该设计含有以下优点：①能够方便更换音符和音调；②比传统电子琴功效更完善；③制作简单，成本低；1.3 设计任务 实现电子琴发声控制系统；要求电路实现以下功效：利用蜂鸣器作为发声部件，设置10个按键，实现高音、中音、低音1、2、3、4、5、6、7发音并在存放一首歌曲内容，能够实现自动播放用PROTEUS实现电子琴仿真设计说明：单片机工作时钟频率为11.0592MHz2.系统总体方案及硬件设计2.1总体设计实现此次设计方案有多个，下面比较说明一下最好方案选择。

方案一：采取单个逻辑器件组合音乐是有由不一样音阶组成，而不一样音阶又是由不一样频率发出，那么利用不一样频率，就能够发出不一样音乐了我们知道计数器8253能够产生任意频率方波频率信号，所以，我们只要把一首歌曲音阶对应频率和计数器频率对应起来就可经过计数器产生音乐了依据本试验要求，采取8279将键扫得到键值经过查表得到对应8253频率值，将从8253得到相对应按键弹奏信号经过LM386进行放大，再用喇叭输出，就实现了简易电子琴基础功效，也就完成了试验要求方案二：用VHDL语言编程来实现系统整体基础原理图以下：图1、系统整体基础原理图利用我们试验室优异数字电路试验设备，我们能够采取VHDL语言编程来实现我们能够经过VDHL语言，对试验原理图各个部分进行设计，经过编译，能够在计算机上下载此试验原理图，利用电路学习机上芯片我们很快就能够设计出一个简单电子琴并实现其功效方案三：采取AT89S52单片机作为主控芯片，设置键盘、蜂鸣器等外围器件，另外还用到部分简单器件如：NPN型三极管及电阻等利用按键实现音符和音调输入；用NPN型三极管8550实现低音频功率放大；最终用蜂鸣器发音三种方案比较：方案一采取单个逻辑器件组合实现。

这么即使比较直观，逻辑器件分工鲜明，思绪也比清楚，一目了然，不过因为元器件种类、个数繁多，而过于复杂硬件电路也轻易引发系统精度不高、体积过大等不利原因比如七个不一样音符是由七个不一样频率来控制发出，所用仪器之多显而易见方案二采取VHDL语言编程来实现电子琴各项功效系统关键由电子琴发声模块、选择控制模块和储存器模块组成和方案一相比较，方案二就显得比较笼统，即使我们能够看到用超高速硬件描述语言VHDL优势，但本质上它只是把整个系统分为了若干个模块，而不牵涉到具体硬件电路方案三和前两种方案相比，主控芯片采取AT89S52单片机，它是大规模集成电路技术发展产物，含有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛特点同时含有强大控制功效和灵活编程实现特征，因为本设计关键用于大家娱乐方面，所以在设计上尽可能使其安全和简单易操作而第三种方案含有经济可行性、技术可行性、实物应用性总而言之，此次课程设计采取第三种方案2.2单片机选型硬件电路要以单片机作为主控芯片，实现按键输入音符和音调，两位数码管显示和低音频功率放大和蜂鸣器发音针对本设计功效和用途，采取AT89S51单片机愈加好，实现功效完全，性价比较高，更适合本设计。

2.3单片机最小工作系统单片机加上合适外围器件和应用程序，组成应用系统称为最小系统2.3.1 时钟电路 单片机内部含有一个高增益反相放大器，用于组成振荡器通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个赔偿电容组成自激振荡器，结构图2 中X1、C1、C2能够依据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率石英晶体，赔偿电容通常选择30pF左右瓷片电容图2、时钟电路2.3.2复位电路 单片机小系统常采取上电自动复位和手动按键复位两种方法实现系统复位操作上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作手动复位要求在电源接通条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位其结构以下图上电自动复位经过电容C3充电来实现手动按键复位是经过按键将电阻R1和VCC接通来实现图3、复位电路2.4 原理框图本系统有主控芯片89S52、发音单元、显示模块、按键模块组成图4、原理框图2.5 按键部分设计2.5.1操作键设计常见按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）    机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感显著，连线清楚，工艺简单，适合单件制造不过触点处易侵入灰尘而造成接触不良，体积相对较大。

    导电橡胶按键是利用橡胶弹性来复位，经过压制方法把面板上全部按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产不过时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘    柔性按键是多年来快速发展一个新型按键，能够分为凸球型和平面型两种柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便而且外形和面板布局、色彩、键距可根据整机要求来设计不过因为客观条件和经济能力有限，本系统采取机械触点式按键2.5.2键盘设计键盘在单片机应用系统中是一个关键部件，它能实现向计算机输入数据，传送命令等功效，是人工干估计算机关键手段键盘能够分为2类：独立连接式键盘和矩阵式键盘1)矩阵式键盘单片机系统中，若按键较多时，通常采取矩阵式（也称行列式）键盘矩阵式键盘由行线和列线组成，按键在行、列线交叉点上显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关两端，行线经过上拉电阻接到+5V上．当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由和此行线相连列线电平决定这是识别按键是否按下关键2)独立连接式键盘独立式按键是直接用I/O口线组成单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键工作不会影响其它I/O口线状态。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必需占用一根I/O口线，然而，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采取独立式按键软件常采取查询式结构先逐位查询每根I/O口线输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确定该I/O口线所对应按键已按下，然后，再转向该键功效处理程序因为本程序较为简单，为了使用方便及节省资源，选择独立式键盘下图为独立式键盘电路图： 图6、独立式键盘电路图2.5.3去抖动键盘编程中关键考虑去抖动问题当测试表明有键被按下以后，紧接着就进行去抖动处理因为键是机械开关结构，因为机械触点弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开瞬间会出现电压抖动为确保键识别正确，在电压信号抖动情况下不能进行行状态输入为此需进行去抖动处理去抖动有硬件和软件两种方法硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动产生软件消抖，在第一次检测到有键按下时，实施一段延时程序以后，再检测此按键，假如第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确定此按键己按下，消除了抖动。

2.6发音部分设计以下图所表示，发音电路是由蜂鸣器、三极管、上拉电阻组成由三极管来驱动扬声器发音，同时加上拉电阻增强驱动电流，提升驱动能力图7、发音部分电路图3.系统软件设计3.1系统分析3.1.1系统软件组成 （1）键盘扫描程序：检测是否有按键按下，有按键按下则统计按下键键值，并跳转至功效转移程序；无按键按下，则返回键盘扫描程序继续检测 （2）功效转移程序：对检测到按键值进行判定，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功效键则跳转至对应功效程序，我们设计功效程序有两种，即音色调整功效和自动播放乐曲功效 （3）琴键处理程序：依据检测到按键值，查询音调表，给计时器赋值，使发出对应频率声音 （4）自动播放歌曲程序：检测到按键按下是自动播放歌曲功效键后实施该程序，电子琴会自动播放事先已经存放歌曲，歌曲播放完成以后自动返回至键盘扫描程序，继续等候是否有按键按下3.1.2 系统总体功效步骤图。