基于.at89c51的屏幕声光式带录音存储播放功能的电子琴.doc

...wd...单片机课程设计报告书小组成员：xxxxxx学 号：11213072 11213078班 级：自动化1106指导教师：xxx基于AT89C51的屏幕声光式可录音电子琴北京交通大学 电子信息工程学院 吕梦莎 吴玉凤摘要：本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件，通过脉冲触发产生出电子音调，与按键、扬声器、LCD显示屏等模块组成控制模块，设计一个电子琴该系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比拟高等，具有一定的实用与参考价值关键词：AT89C51、脉冲触发、屏幕声光式、录音、播放、演奏、电子琴第一章 引言1.1设计背景单片微型计算机是大规模集成电路技术开展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点它的应用必定导致传统的控制技术从 根本上发生变革因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题 电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一局部。

本文对利用单片机设计简易电子琴进展了分析，分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述本系统是简易电子琴的设计，按下四角自锁开关会使LCD显示屏显示当前音符名称、播放的歌曲名称或播放的录音名称，同时扬声器播放对应的音符，LED闪烁相应的节奏通过设计本系统可熟悉掌握单片机的 根本功能1.2设计任务1、设计以单片机为核心的简易电子琴系统，可随意弹奏想要表达的音乐；2、针对要求控制的对象完成程序的编制；3、硬件软件联调，完成题目所要求的功能；1.3设计思路1、发声局部设计思路音乐是由不同频率的声音组成的利用程序来控制单处机某个口线的“高〞电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波 利用延时程序控制“高〞“低〞电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调于是产生do,re,mi,fa,so,la,xi七个音符的变换2、显示局部设计思路考虑到信息的多媒体传播已经成为信息化时代的主流，我们给电子琴设计了LCD显示器和节拍指示LED灯，带来视听双重冲击 LCD具有功耗低，显示质量高，数字式接口更加稳定可靠的优点演示过程中可显示欢送语，当前功能，按下的音符名称，当前播放的歌曲名称等。

第二章 方案论证采用AT89C51单片机作为主控芯片，设置独立按键、扬声器、LCD显示屏等外围器件，另外还用到一些简单器件如NPN型三极管及电阻等利用按键实现音符和音调的输入；LCD显示屏进展被操作的按键显示；用PNP型三极管2N2907实现低音频功率放大；最后用扬声器发音主控芯片采用AT89C51单片机，它是大规模集成电路技术开展的产物，具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点防止了由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素同时具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，由于本设计主要用于娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作具有经济可行性、技术可行性、实物应用性第三章 硬件系统设计3.1 时钟电路MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端输出端本图采用内部时钟电路，如图3-1所示，通常在引脚XTALl和XTAL2上跨接石英晶体X1和两个补偿电容C1、C2构成自激振荡器可以根据情况选择212MHz频率之间的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。

图3-1 时钟电路3.2 复位电路单片机小系统常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作本实验采用上电自动复位方式，其构造图如图3-2所示上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作复位电路的 根本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号对于MCS-51单片机，只要在RST复位端接一个电容至VCC和一个电阻至VSS即可在加电瞬间，RST端出现一定时间的高电平，只要高电平保持时间足够长，就可以使MCS-51复位图3-2 复位电路3.3 原理框图本系统有主控芯片AT89C52、扬声器、显示模块、按键模块和晶振复位电路组成图3-3 原理框图3.4 显示局部设计为了让电子琴能够显示出音调，我们另外附加了一个LCD1602提供屏幕式音调显示，LCD1602属于字符型液晶，可以显示字母和数字等字符LCD1602是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块〔显示字符和数字〕 图3-4 显示电路3.5按键局部设计3.5.1键盘设计键盘可以分为2类：独立连接式键盘和矩阵式键盘本设计采用独立式键盘独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。

独立式按键电路配置灵活，软件构造简单独立式按键软件常采用查询式构造先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序由于本程序较为简单，为了使用方便及节省资源，选择独立式键盘以下列图为独立式键盘电路图：图3-5 独立式键盘电路图3.5.2 去抖动键盘编程中主要考虑去抖动的问题当测试说明有键被按下之后，紧接着就进展去抖动处理因为按键是机械开关构造，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进展行状态输入为此需进展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 动的 产生软件消 抖，在第一次 检 测 到有 键 按 下 时，执 行一段延时程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键己按下，消除了抖动本实验采用软件消抖法，在按键按下后，执行一段延时程序3.6 发音局部设计如以下列图所示，发音电路是由扬声器、三极管、变位器构成由三极管来驱动扬声器发音的，同时加上变位器实现电阻的可调来增强驱动电流，提高驱动能力，从而调节扬声器的音效。

图3-6 扬声器电路图第四章 软件系统设计4.1系统分析4.1.1系统软件的组成〔1〕键盘扫描程序：检测是否有按键按下，有按键按下则记录按下键的键值，并跳转至功能转移程序；无按键按下，则返回键盘扫描程序继续检测〔2〕功能转移程序：对检测到的按键值进展判断，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功能键则跳转至相应的功能程序，我们设计的功能程序有三种，即音色调节功能、自动播放乐曲和录音的功能〔3〕琴键处理程序：根据检测到的按键值，查询音调表，给计时器赋值，使发出相应频率的声音〔4〕自动播放歌曲程序：检测到按键按下的是自动播放歌曲功能键后执行该程序，电子琴会自动播放事先已经存放的歌曲或录音歌曲，歌曲播放完毕之后自动返回至键盘扫描程序，继续等待是否有按键按下〔5〕录音程序：检测到按键按下的是录音功能键后执行该程序，跳转到键盘扫描程序，检测是否有键按下，有按键按下则记录按下键值，根据检测到的按键值，查询音调表，给计时器赋值，使发出相应频率的声音并跳转到功能转移程序4.1.2系统总体功能流程图开场初始化T0键盘扫描程序演奏功能键按下自动播放键按下录音功能键按下 N NY Y Y记录音符播放内部存储的音乐查表得到按键音符频率查表得到按键音符频率播放音符播放音符4.2参数计算4.2.1发音原理假设要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期〔1/频率〕，再将此周期除以2，即为半周期的时间。

利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式〔MODE1〕下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶4.2.2 音调确实定音调是唱曲时乐音的发音，一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西〞的读音例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO〔523Hz〕计数脉冲值与频率的关系式是：N＝fi÷2÷fr，式中，N是计数值；fi是机器频率〔晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz〕；fr是想要产生的频率其计数初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求中音DO〔261Hz〕T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr，中音DO的T＝65536－500000/523＝64580。

由音符的频率值可以计算得出各个音调的计数值，如表4-1所示：〔﹟叫升记号，表示把音在原来的根基上升高半音，b叫降记音，表示在原来的根基上降低半音〕表4-1 音调频率与计数初值对照音符频率〔Hz〕计数值〔T值〕音符频率〔Hz〕计数值〔T值〕低1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中5SO78464898低2RE29463835#5SO#83194934#2RE#31163928中6LA88064968低3MI33064021#6LA#93264994低4FA34964103中7SI96865030#4FA#37064185低1DO104665058低SO39264260#1DO#110965085#5SO#41564331高2RE117565110低6LA44064400#2RE#124565134#6LA#46664463高3MI131865157低7SI49464524高4FA139765178中1DO52364580#4FA#149065198#1DO#55464633高5SO156865217中2RE58764633#5SO#166165235#2RE#62264884高6LA176065252中3MI65964732#6LA#186565268中4FA69864820高7SI196765283采用查表程序进展查表时，可以为这个音符建设一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据。

4.2.3 节拍确实定假设要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律〔固定的律动〕，而且可。