电子琴毕业设计(论文)电子琴音乐的产生与演奏电路的设计.docx

毕业设计（论文）（2013 届）题 目电子琴音乐的产生与演奏电路的设计摘要本文的主要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件，设计一个可 以实现演奏和播放音乐的简易电子琴以单片机作为主控核心，与键盘、 扬声器等模块组成核心主控制模块在主控模块上设有16个按键和扬声 器,应用中断系统和定时/计数原理控制其发声本系统运行稳定，其优 点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具 有一定的实用和参考价值关键词单片机；电子琴；键盘目 录1. 引言 12. 总体方案 12.1. 系统的设计要求 12.2. 电子琴系统的组成 223系统设计框图 23. 硬件电路设计简介 33.1 •单片机 STC89C51 33.1.1. STC89C51 的简介 33.1.2. 管脚功能 43.1.3. 编程 53.1.4. 电子琴系统单片机最小系统设计图 53.2. 矩阵式键盘 63.2.1. 矩阵式键盘的结构与工作原理 63.2.2. 矩阵式键盘的按键识别方法 63.2.3. 键盘接口必须具备的4个基本功能 73.2.4. 电子琴系统矩阵键盘硬件电路图 73.3. 咅频功放屯路设计 83.3.1. LM386的结构与工作原理 83.3.2. LM386的主要特性 83.3.3. LM386的典型应用电路 83.3.4. 电子琴中音频功放电路图 94. 软件设计 104.1. 音乐播放程序设计 104.1.1. 音乐背景知识 104.1.2. 单片机产生音乐的方法 104.1.3. 音乐播放软件设计 124.2. 放歌子程序设计 134.3. 系统整体软件流程设计 145. 系统调试 145.1. keil 简介 155.2. 硕件调试 155.3. 软件调试 155.4. 综合调试 156. 结论 16参考文献 17谢辞 181. 引言单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，他具 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箱子电子科技与咅乐结合的产物之所以受到群众们喜爱，是因为它能 模拟各种乐器的音色，如笛、号、琴、颤音、和旋音等以及打击乐板音、鼓乐、沙锤 等本设计介绍一种除有普通电子琴功能外，还有不需要按琴键就能模拟电子琴自动 演奏乐曲的电子琴音乐的产生和演奏电路若与音响放大器相结合，则乐曲的音响效 果会更好20世纪80年代中期，出现的现场可编程门阵列(FPGA)具有体系结构、 逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现人规模和超人规模的集成电 路，而且编程灵活STC89C51单片机为核心控制元件，可提高开发效率，缩短研发 周期，降低研发成本，且易于进行功能扩展简易电子琴系统就是以单片机为核心部件设计的一个简易的电子琴，这只是单片 机应用的一个点，由点及面，希望能更好的了解和应用单片机技术我选单片机电子 琴这个选题的目的在于通过从日常生活中的细微之处着手，将所学的理论知识与实践 更好的结合起来，在设计制作电子琴的过程中，更加熟练的掌握单片机的应用，在更 深刻的理解理论知识的同时锻炼提高自己的动手实践能力，使理论和实际能够相得益 彰。

2. 总体方案2.1. 系统的设计要求本系统设计的功能有两个部分，一个是音乐的播放功能，另一个就是电子琴乐曲 的演奏功能具体的要求如下所示：1. 产生各个音符的频率信号2. 产生低、中、高三个咅区的咅符3. 能播放预置的音乐，并能自动和人工选曲22电子琴系统的组成本系统主要由两个部分组成：音乐播放部分和电子琴演奏部分音乐的播放部分：一个乐音其实就是一个具有固定周期的信号本设计就是用单 片机STC89C51的两个定吋器（TO, T1）控制，在P1.0脚上输出方波周期信号，产 牛其对应频率的乐音，通过矩阵式键盘的按键产牛不同的音符，所以弹奏者可以随心 所欲的弹奏出自己喜爱的音斥斥曲，不弹奏时也可以播放单片机程序设置的音乐歌曲 来试听，共有十几首可以自由选择电子琴演奏部分：实际上就是把弹奏的每个按键的所对应的值处理后送给单片 机，然后在单片机内把处理后的数字当作指针指向所对应的咅符，从而发出对应的声 音⑷叫2.3.系统设计框图本系统通过矩阵式键盘按键随意键入乐曲的音符，作为电平送给主体电路单片机 最小系统，中央处理器经过识别，解码输出咅符，在扬声器中发出对应咅符的准确发 音该系统的主要模块由四个部分组成，具体关系如图2・1所示⑺：图2・1总体设计系统框图由P0 口的高四位和低四位作矩阵式键盘的键盘接口，用P1.0作信号输出口。

3 •硬件电路设计简介3.1. 单片机 STC89C513.1.1. STC89C51 的简介STC89C51单片机是一款增强型的单片机，它完全兼容MCS-51单片机STC89C51不但可以代替AT89C51,而H速度更快，功能更强，寿命更长，价格更低, 使用方便该单片机共有40个引脚，釆用的是双列直插式DIP-40的封装STC89C51 可以完成ISP编程功能，而AT89C51则不具备此功能因此只需将AT89C51中 的程序直接烧录到STC89C51中后，STC89C51就可以代替AT89C51在电路中工作, 还可以修改下载，使用起来非常方便STC推出的51系列单片机芯片全面兼容 其他51单片机它的内部有E2PROM,所以可以任意修改程序，而且断电也不会丢 失数据此外，还增加了两级中断优先级等等，此系列的单片机的基本特性如图3・1 所示［叫管脚如图3・2所示化1280字节SRAM8/16/32/64k字节闪存2k-8k字节叫ISP引导码PO<=>双数 据指针8051 微处理器看门狗低功耗.超低价高速（0-90U）,高可靠0掉电模式：0.5u A,空闲模式：2mAUART （串 口）3个定时器E-PROMData FlashA/D不加价四个8位并行端口+P4.0—P4.3 四个附送I/O 端口PlP2P3 =>P4 K=>（=> A/D （高速）可做: 按键打描 电池电压检测 掉电检测 音帚、频诰检测等图3-1 STC89系列单片机的基本特性结构图T2/P1.0T2EX/P1. 1P1. 2P1. 3P1. 4P1. 5P1. 6P1. 7RSTRXD/P3.0TXD/P3. 1 INT0/P3. 2 INT1/P3. 3T0/P3. 4T1/P3. 5陛/ P3. 6RD/P3. 7XTAL2XTAL1VSS111—111111111111111[12 3 4 5 67 8 90 12 3 4111115 6 7 8 9 01 1 1 1 19】D-T40VCCP0・ O/ADOPO.1/AD1P0・ 2/AD2P0・ 3/AD3PO. 4/AD4P0・ 5/AD5PO.6/AD6PO.7/AD70 9 8 7 64 3 3 3 33534332 10 93 3 3 28 7 6 52 2 2 24 3 2 12 2 2 2ALE/PROG PSENP2. 7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2. 1/A9P2. 0/A8图3-2 STC89C51管脚图3.1.2. 管脚功能VCC：供电电压。

GND：接地P0 口：八位双向I/O 口，P0 口能够用于外部程序数据存储器，可以被定义为数 据/地址的第八位P1 口： P1 口是一个有上拉电阻的八位双向I/O 口，P1 口管脚写入“1”后，被 内部上拉为高电平，可用作输入当它被外部下拉为低电平时，将输出电流P2 口： P2 口是一个提供上拉电阻的八位双向I/O 口，P2 口管脚写入“1”后， 被内部上拉电阻拉高，且作为输入所以在作为输入时，如果管脚被外部拉低，它将 输出屯流在P2 口用于外部程序存储器或16位地址外部存储器存取时，P2 口则输 出地址的高八位在地址为1时，它利用内部上拉的优势，在对外部八位地址数据存 储器进行读写时，P2 口将输出其特殊功能寄存器的内容P3 口： P3 口是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，当它写入“1”时，内部则被 上拉为高电平，并且用作输入作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将会输出 电流同时，P3 口还可以作为一些特殊功能口RST：复位输出当振荡器复位器件后，此脚要维持两个机器周期的高电平ALE/PROG：在访问外部存储器的时候，地址锁存允许的输岀电平用于锁存地址在没有编程时，ALE端以固定的频率周期输出正脉冲信号，此信号的频率为振荡器 频率的l/6o因此，它可以对外输岀脉冲信号，也可以用于定吋。

PSEN：外部程序存储器的选通信号在外部程序存储器取指期间，每个机器周 期内两次PSEN有效，但是在访问外部数据存储器的时候，这两次有效的PSEN信号 将不会出现EA/VPP：当EA保持低电平的期间使用外部程序存储器(OOOOH-FFFFH),不管 是否有内部程序存储器注意为加密方式吋，EA将内部锁定为RESET,当EA保持 高电平时为内部程序存储器XTAL1：反向振荡放大器的输入端以及内部工作时钟电路的输入端XTAL2：反向振荡器的输出〔⑼3.1.3. 编程STC支持ISP功能，编程的吋候不需要拔出，也不需要专门的编程器，只需要一 个MAX232做串口通信电路，利用串口进行编程，非常方便3.1.4. 电子琴系统单片机最小系统设计图本设计的电子琴的单片机最小系统原理图如图3-3所示:图3-3单片机戢小系统电路图32矩阵式键盘3,2.1. 矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键的数目比较多时，为了减少I/O的占用，我们通常将按键排列成矩 阵的形式在矩阵式键盘中，每一条水平线和垂直线在交叉处并没有直接连通，而是 通过一个个的按键加以连接这样的话，每一个端口（例如P1 口）连接构成4*4二16 个按键，比肓接用端口线接成键盘多了一倍，并且线数越多，区别就越明显，若再多 加一条线就可以构成有20个按键的键盘了，而若直接用端口线的话，却只能多一个 键（9键），因此，在需要按键的数目较多时，运用矩阵式键盘才是合理的⑴】。

显然，矩阵式键盘要比直接法复杂，识别时也要复杂一些，例如下图3・4所示血］：•垂直线即列线通过电阻接正电源，并且把水平线即行线所接的单片机的I/O 口作 为输出端，列线所接的单片机的I/O 口作为输入端这样，在没有按键被按下时，所 有的输出端都是高电平，表示没有按键被按下，一旦有按键被按下，输入线则会被拉 低，因此，只要读入输入线的状态就可以判断是否有按键被按下了322.矩阵式键盘的按键识别方法在判断矩阵式键盘上的哪个键被按下可以采用“行扫描法”行扫描法又称逐行 （或列）扫描查询法，是一种我们最常用的按键识别方法，具体过程如下：1、判断。