課程設計基于51單片機的電子琴設計

1、河南理工大學本科課程設計報告摘要本設計是基于at89s52單片機的簡易電子琴設計。主要組成是以51單片機最小系統(tǒng)為核心，通過鍵盤獲取按鍵信息，通過運用單片機定時器等部件實現蜂鳴器發(fā)聲同時用數碼管同步顯示。本系統(tǒng)具有播放歌曲及選取按鍵輸入高、中、低音的功能。本設計的特點是：大部分功能通過軟件實現，使電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電子琴是電子科技與音樂結合的產物是一種新型的鍵盤樂器。一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片機來產生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數器t0來產生這樣方波頻率信

2、號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確即可。 關鍵字：at89s52，按鍵，數碼管，蜂鳴器，音階。目錄(1 概述 1.1 51系列單片機簡介89系列單片機是atmel公司的8位flash單片機系列。89系列單片機是以8031為核心構成的，它和8051系列單片機外部端子是一樣的、兼容的，其最大特點是片內含有flash存儲器。at89s52單片機是一種低功耗、高性能、內含4kb的閃速存儲器（flash memory）的8位微控制器。片內閃速存儲器的程序代碼或數據可在線寫入，也可通過常規(guī)的編程器編程。 (宋體、小四，行間距固定值18磅。以下相同要求) 1.2 電子琴簡介電子琴為鍵盤樂器

3、，采用半導體集成電路，對樂音信號進行放大，通過揚聲器產生音響。電子琴有多種類型，為業(yè)余型和專業(yè)型。 使用五線譜，多為高低音雙行記譜。有時也用中音譜。電子琴又稱作電子鍵盤，屬于電子樂器，發(fā)音音量可以自由調節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個管弦樂隊的效果，表現力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如合唱聲，風雨聲，宇宙聲等）。另外，電子琴在獨奏時，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強的現代音樂。另外，電子琴還安裝有效果器，如混響、回聲、延音，震音輪和調制輪等多項功能裝置，表達各種情緒時運用自如。 電子琴是電聲樂隊的中堅力量，常用于獨奏主

4、旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨奏樂器出現，具有鮮明時代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時，技法略顯單調。 1.3 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計(宋體、小四，加粗，固定值18磅。以下相同要求) 2.1設計任務的分析本次課程設計的課題是基于51單片機的電子琴的設計，所要達到的要求如下:1、 利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件。2、 兩個數碼管作為顯示部件。3、 設置10個按鍵，實現高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7的發(fā)音。4、 存儲一首歌曲的內容，可以實現自動播放。本次設計主要是要通過軟硬件的配合實現電子琴的上述功能，操作人員可以通過按下

5、鍵盤上任意一個鍵來發(fā)出相應的音符。at89s52具有高速度、低電壓、低功耗、且可靠性和成本都比較低的特點。因此本次畢業(yè)設計采用at89s52單片機作為整個電路核心控制器件。對于本交通控制系統(tǒng)使用一片at89s52系列的單片機，不需要外擴展存儲器，就能實現顯示、預制狀態(tài)、動態(tài)調節(jié)的功能，因而整體結構簡單。設計電路時運用89s52系列單片機的接口來實現各種輸入、輸出功能。p1.待定部分0口用來作輸出口,向發(fā)聲電路輸出信號；p2口和p0口共同實現一個矩陣鍵盤的功能。同時設計了一個直流穩(wěn)壓電路增加電路的適應性，增加了電路的適用性，使整個系統(tǒng)更加緊湊，工作十分穩(wěn)定2.2系統(tǒng)的硬件設計2.2.1 at89

6、s52單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關和電源部分。圖 為at89s52的最小系統(tǒng)電路圖。晶振電路 89s52系列單片機片內有一個高增益的反向放大器其輸入引腳為xtal1輸出引腳為xtal2用于外接石英振蕩器和微調電容，構成自激振蕩器。如圖所示。復位是通過給rst引腳持續(xù)？周期的低電平實現的。一般為上電復位和手動復位。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。一般選取晶振為12mhz時選取電容為20pf。手動復位通過手動持續(xù)按復位按鍵？個周期來實現的。2.2.2 顯示單元設計由于設計要求有音階及按鍵的顯示，比較lcd與數碼管顯示，采用8段數碼管的動態(tài)顯示。 按發(fā)光二極管單

7、元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。本設計為了增加顯示效果，采用共陰極數碼管。數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是

8、將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的com端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速

9、度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。2.2.3蜂鳴器電路當驅動蜂鳴器的p2.2口有一定頻率的脈沖輸出時，蜂鳴器就能發(fā)出聲音。通過控制p2.2發(fā)出脈沖的頻率能夠控制蜂鳴器發(fā)出聲音的音調，進而能發(fā)出美妙的音樂。蜂鳴器直接使用p2.2口驅動。2.2.4鍵盤電路鍵盤電路作為電子琴系統(tǒng)中最重要的輸入設備，在系統(tǒng)中承擔著把操作人員想要輸入的信號輸入單片機的重要作用。鍵盤有獨立鍵盤和矩陣鍵盤。由于設計要求簡單和編程方便，本設計采用獨立按鍵。根據設計要求，本設計使用11個獨立按鍵，電路功能分配與下：p3.5高音階切

10、換鍵p3.4中音階切換鍵p3.3低音階切換鍵p1.0do音輸入鍵p1.1re音輸入鍵 p1.2mi音輸入鍵 p1.3 fa音輸入鍵p1.4 so音輸入鍵p1.5 la音輸入鍵p1.6 ti音輸入鍵電路圖與圖？3 軟件設計 3.1軟件設計流程軟件的結構圖如下程序流程圖如下：軟件 3.2軟件設計模塊化3.2.1初始化程序初始化程序的主要作用是定義一些變量的初值以及對中斷、定時器的初始化。在初始化程序中對變量賦初值，并要對中斷進行設置，也要對定時器進行設置。根據這個思路，初始化程序如下/*初始化數據*/void init(void)speaker=0;/關蜂鳴器led1=1;/led2=0;ea=1

11、;/開總中斷tcon=0x01;/外部中斷0設置為邊沿觸發(fā)ex0=1;/開外部中斷0et0=1;/開定時器0中斷et1=1;/開定時器1中斷tmod=0x11;/定時器0,1工作在定時狀態(tài)，均為方式13.2.3鍵盤掃描鍵盤是人與單片機通信的重要接口。合適的鍵盤掃描程序能使單片機準確的運行。3.2.5顯示程序本設計采用的共陰極數碼管作為數據顯示。采用的數碼管動態(tài)顯示，可以節(jié)約單片機的i/o口，為以后的擴展做準備。3.2.6發(fā)聲程序在完成了鍵盤服務子程序后，我們就知道了具體是哪一個鍵被按下了，下一步就是要讓喇叭發(fā)出這個按鍵所特有的音符。我們知道，每個音符之所以不同是因為它們都有各自不同的頻率，而我

12、們正好可以利用89s52中的定時器來產生不同的頻率以達到這個目的。我們只要對定時器t1的初值進行合理的設置就可完成這個工作，我們根據電子琴的音符頻率表來為定時器賦初值。主要是根據一張頻率表，表如下所示： 表 3-1 電子琴音符頻率表音符頻率（hz）簡譜碼（t值）音符頻率（hz）簡譜碼（t值）低1do26263628# 4 fa#74064860#1do#27763731中 5 so78464898低2re29463835# 5 so#83164934#2 re#31163928中 6 la88064968低 3 m33064021# 693264994低 4 fa34964103中 7 si9

13、8865030# 4 fa#37064185高 1 do104665058低 5 so39264260# 1 do#110965085# 5 so#41564331高 2 re117565110低 6 la44064400# 2 re#124565134# 646664463高 3 m131865157低 7 si49464524高 4 fa139765178中 1 do52364580# 4 fa#148065198# 1 do#55464633高 5 so156865217中 2 re58764684# 5 so#166165235# 2 re#62264732高 6 la17606525

14、2中 3 m65964777# 6186565268中 4 fa69864820高 7 si196765283 有了這張表，我們就可以順利地完成發(fā)聲程序的編寫了。根據以上的思路以及頻率表可以寫出發(fā)聲程序如下：code unsigned char fh= 0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe,/中音 0xf9,0xf9,0xfa,0xfa,0xfb,0xfb,0xfc,/低音的高8位 0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff, ; / 音階頻率表 低八位code unsigned char fl=0x8e,0xed,0x44,0x6b,

15、0xb4,0xf4,0x2d,/中音 0x21,0xdb,0x87,0xd7,0x68,0xe8,0x5b,/低音的低8位 0x47,0x77,0xa2,0xb6,0xda,0xfa,0x16, ; void timer1() interrupt 3tr1=0;th1=fh7*m+n;tl1=fl7*m+n; /對t1的賦值speaker=speaker;/產生脈沖tr1=1;3.3軟件調試4 proteus軟件仿真5課程設計體會參考文獻附1：源程序代碼附2：系統(tǒng)原理圖1 概述(宋體、小三，加粗，居中，固定值22磅。以下標題相同要求)1.1 二級標題(宋體、小四，固定值22磅。以下相同要求)本

16、文.大家注意：此部分為正文，要求大的章節(jié)內容不能出現在同一頁面內，比如：“1 概述”中的內容如果最后一頁面還沒有寫完，就不要接著寫“2 系統(tǒng)總體方案及硬件設計”的內容，要另起一頁；參考文獻可以直接接第五部分寫；附錄要另起一頁，不能和參考文獻在同一頁內；(具體文獻中，中文用宋體、英文為time new roman、五號行間距固定值18磅。)參考文獻書、專著：如：1 賈宗璞，許合利.c語言程序設計.江蘇：中國礦業(yè)大學出版社，2007.109-1192 余發(fā)山，王福忠.單片機原理及應用技術.江蘇：中國礦業(yè)大學出版社，2008.241-247期刊論文：序號 主要責任者. 文獻題名. 刊名，年，卷(期)

17、：起止頁碼如：1 金顯賀，王昌長，王忠東，等.一種用于在線檢測局部放電的數字濾波技術.清華大學學報(自然科學版)，1993，33(4)：62-67書、專著：序號 主要責任者.文獻題名.出版地：出版社，出版年.起止頁碼如：1 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄.北京：高等教育出版社，1957.15-18電子文獻：序號 主要責任者.電子文獻題名.電子文獻的出處或可獲得地址，發(fā)表或更新日期/引用日期如：1 王明亮.關于中國學術期刊標準化數據庫系統(tǒng)工程的進展. http:/www./ 1998-08-16/1998-10-04(程序代碼中的中文用宋體、英文為time new roman、五號，固定值1

18、8磅。要求符合程序書寫規(guī)范，程序中要有注釋)附1 源程序代碼#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned charsbit p1_0=p10;sbit p1_1=p11;sbit p1_2=p12;sbit p1_3=p13;sbit p1_4=p14;sbit p1_5=p15;sbit p1_6=p16;sbit p1_7=p17;sbit led1=p26;sbit led2=p27; sbit change=p32;sbit high=p35;sbit normal=p34;sbit low=p33;sbit p2_0

19、=p20;sbit p2_1=p21;sbit speaker=p22;unsigned char i;unsigned char key,yin=0;uchar m,n;bit a=0;/a為change鍵的鍵值uchar seg= 0x3f,/*0*/ 0x06,/*1*/ 0x5b,/*2*/ 0x4f,/*3*/ 0x66,/*4*/ 0x6d,/*5*/ 0x7d,/*6*/ 0x07,/*7*/ 0x7f,/*8*/ 0x6f,/*9*/0x37,/*n*/中音0x38,/*l*/低音 0x76,/*h*/高音 0x79 /*e*/;/共陰極數碼管code unsigned cha

20、r fh= 0xfc,0xfc,0xfd,0xfd,0xfd,0xfd,0xfe,/中音 0xf9,0xf9,0xfa,0xfa,0xfb,0xfb,0xfc,/低音的高8位 0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xfe,0xff, ; / 音階頻率表 低八位code unsigned char fl=0x8e,0xed,0x44,0x6b,0xb4,0xf4,0x2d,/中音 0x21,0xdb,0x87,0xd7,0x68,0xe8,0x5b,/低音的低8位 0x47,0x77,0xa2,0xb6,0xda,0xfa,0x16, ;code uchar star=1,2,3,

21、1, 1,2,3,1, 3,4,5, 3,4,5, 5,6,5,4,3,1, 5,6,5,4,3,1, 1,12/*低音5*/,1, 1,12,1; code uchar shijian=4,4,4,4, 4,4,4, 4, 4,4,8, 4,4,8, 2,1,2,1,4,4, 2,1,2,1,4,4, 4,4,6, 4,4,6;void init(void);void music();void play();void seg1();void yinjie();/*主程序*/void main()init();while(1)if(a=0)music();elseplay();/*1ms延遲*

22、/void delay(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=340;j0;j-);/*初始化數據*/void init(void)speaker=0;led1=1;led2=0;ea=1;/開總中斷tcon=0x01;/外部中斷0設置為邊沿觸發(fā)ex0=1;/開外部中斷0et0=1;et1=1;tmod=0x11;/定時器0,1工作在定時狀態(tài)，均為方式1/*數碼管動態(tài)顯示*/void seg1()p2_0=1;/關數碼管1p2_1=0;/開數碼管2p0=segn+1;/送數碼管2的數據delay(15);/延時15msp2_1=1;/關數碼管2p2_0=0;/

23、開數碼管1p0=segyin;/yin為high，normal，low的判斷結果送數碼管1的數據delay(15);/延時15ms/*高低音的選擇*/void yinjie()if(normal=0)delay(5);if(normal=0) yin=10;m=0;/返回10為seg10顯示cif(low=0)delay(5);if(low=0)yin=11;m=1;/返回11為seg11顯示lif(high=0)delay(5);if(high=0)yin=12;m=2;/返回12為seg12顯示hif(yin=0)yin=13;/*外部中斷0*/void inter0() interrupt 0 if(change=0)delay(5);while(change=0);a=a;led1=led1;led2=led2;/*播放音樂程序*/void music()th0=fhstari-1;tl0=flstari-1;while(a=