課程設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì)1

1、摘 要 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物。電子琴是一種新型的鍵盤樂(lè)器，采用半導(dǎo)體集成電路,對(duì)樂(lè)音信號(hào)進(jìn)行放大,通過(guò)揚(yáng)聲器產(chǎn)生音響.由音色,自動(dòng)伴奏,自動(dòng)和弦三大部分組成.它在現(xiàn)代音樂(lè)扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用at89s51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有8個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，鍵盤，揚(yáng)聲器，

2、電子琴abstractelectronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. it played an important role in modern music. scm has powerful control functions and flexible programming characteristics. it has converged with modern peoples lives, become an i

3、rreplaceable part. the main content is at89s51 control of the core components, design of a electronic organ. scm as a host to the core, with the keyboard, speaker and other core modules. in the main control module has 8 keys and a speaker. the system is steady, its simple hardware circuits, software

4、 functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. it also has certain practical and reference value.key words : scm keyboard speaker electronic organ摘 要iabstractii第1章 引言1第2章 總體方案論證與設(shè)計(jì)3第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析95.2.1硬件調(diào)試95.2.2軟件調(diào)試95.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)9總結(jié)10致謝11

5、參考文獻(xiàn)12附錄1 源程序12附錄2 電子琴仿真圖14第1章 引言 在電子音樂(lè)領(lǐng)域，自從20世紀(jì)末期midi（樂(lè)器數(shù)字化接口）推出和逐步規(guī)范化后，各種樂(lè)器及眾多數(shù)碼音視頻產(chǎn)品中采用midi技術(shù)已逐漸成為一種潮流。但是當(dāng)前各廠商的電子琴產(chǎn)品通常使用自己設(shè)計(jì)的專用音源，并且軟硬件均不對(duì)外公開(kāi)，阻礙了midi技術(shù)的交流。作者在開(kāi)發(fā)基于midi模塊的音樂(lè)發(fā)生器的過(guò)程中，進(jìn)行了用單片機(jī)控制通用midi音源模塊的相關(guān)功能制作電子琴的實(shí)踐，制作出具有8個(gè)按鍵的 midi電子琴，該琴支持單音和復(fù)音彈奏，單片機(jī)以標(biāo)準(zhǔn)的midi波特率傳送信息，通過(guò)串口連接蜂鳴器，從而獲得優(yōu)美的樂(lè)音。1.1 電子琴概述 鍵盤樂(lè)器，

6、采用半導(dǎo)體集成電路，對(duì)樂(lè)音信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)揚(yáng)聲器產(chǎn)生音響。發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂(lè)隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂(lè)器所無(wú)法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂(lè)音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂(lè)。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長(zhǎng)音、震音和顫音等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。電子琴是電聲樂(lè)隊(duì)的中堅(jiān)力量，常用于獨(dú)奏主旋律并伴以豐富的和聲。還常作為獨(dú)奏樂(lè)器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)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(guò)于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂(lè)

7、器時(shí)，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂(lè)器的音色時(shí)，失真度更大，還需要不斷改進(jìn)。電子琴的演奏有較大一部分是通過(guò)自動(dòng)和弦伴奏來(lái)配合完成的，在音樂(lè)中和弦的連接推動(dòng)了旋律地進(jìn)行，不同的和聲連接，形成了不同的音樂(lè)色彩。1.2 電子琴技術(shù)狀況 本次設(shè)計(jì)提出了用at89c51單片機(jī)為核心控制元件,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的電子琴. 本方案以at89c51單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊在主控模塊上設(shè)有16個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器.根據(jù)使用者的操作隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)。一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)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(gòu)成我們所想要的音樂(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)

8、產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)。1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)利用所給鍵盤的1，2，3，4，5，6，7，8八個(gè)鍵，能夠發(fā)出8個(gè)不同的音調(diào)，并且要求按下按鍵發(fā)聲，松開(kāi)延時(shí)一段時(shí)間停止，中間再按別的鍵則發(fā)另一音調(diào)的聲音。當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵被按下，則快速檢測(cè)出是哪一個(gè)鍵被按下，然后單片機(jī)的定時(shí)器被啟動(dòng)，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個(gè)按下的鍵發(fā)聲的同時(shí)有另一個(gè)鍵被按下，則啟用中斷系統(tǒng)，前面鍵的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序，發(fā)出后按的鍵的音。第2章 總體方案論證與設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單片機(jī)at89c51

9、為電子琴的控制核心，系統(tǒng)主要包括播放模塊、按鍵控制模塊。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)逐一進(jìn)行論證比較。2.1 播放模塊 播放模塊是喇叭構(gòu)成。它幾乎不存在噪聲，音響效果較好。而且由于所需驅(qū)動(dòng)功率較小，且價(jià)格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。 2.2 按鍵控制模塊電子琴設(shè)有8個(gè)按鍵，其中7個(gè)作為音符輸入，另外1個(gè)作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實(shí)現(xiàn)用戶自彈作曲。7個(gè)按鍵分別代表7個(gè)音符，包括中音段的全部音符。通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)，模式轉(zhuǎn)換按 鍵觸發(fā)外部中斷，中斷使程序跳轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)電子琴。然后通過(guò)查詢電子琴所按下的按鍵，讀取電子琴輸入狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的程序人口，實(shí)現(xiàn)自編歌曲。當(dāng)需要取消電子琴編曲功能時(shí)，再次按下模式轉(zhuǎn)換按鍵引起

10、外部中斷即可退出電子琴功能而返回原 來(lái)按鍵播放處。2.3 總體硬件組成框圖按鍵控制模塊播放模塊 喇叭中心控制模塊 at89c51 按 鍵 狀 態(tài) 圖2-1 總體硬件組成框圖 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 為使該模塊化電子琴控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括中心控制模塊、播放模塊、按鍵控制模塊三大模塊。3.1 中心控制模塊的硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中中心控制模塊是采用at89c51單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)。其中p1口作為輸入口，連接蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，而p2口連接按鍵控制電路， 從而實(shí)現(xiàn)播放音樂(lè)的功能。3.2 播放模塊的硬件設(shè)計(jì)如下圖所示,播放模塊其實(shí)就是喇叭,它接到p1.0口上當(dāng)

11、有按鍵按下時(shí),它就會(huì)發(fā)出聲音.圖 3-1 播放模塊硬件連接圖3.3 按鍵控制模塊的硬件設(shè)計(jì)在p.2口十連有8個(gè)按鍵并加有8個(gè)拉電阻.它們一端接5伏電源,一端接地.在仿真時(shí),只要有一個(gè)鍵被按下,并被單片機(jī)掃描到,則會(huì)使播放器發(fā)出聲音. 圖 3-2按鍵控制連接圖圖3-2按鍵控制電路圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件是該電子琴控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中我們也才用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 下位機(jī)軟件流程本系統(tǒng)中下位機(jī)（單片機(jī)89c51）的主要功能就是實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放功能。其主程序流程如圖4-1所示。圖4-1 軟件程序流程圖4

12、.2上位機(jī)軟件 本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件主要是編輯電子琴播放狀態(tài)的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中采用匯編語(yǔ)言編寫了電子琴控制系統(tǒng)控制和播放內(nèi)容的程序。 org 0000h ljmp main org 000bh ljmp int_t0 org 0100hmain: mov sp,#60h ;初始化堆棧指針 mov 30h,#00 ;定時(shí)器初值清零 mov 31h,#00 mov p1,#0ffh ;設(shè)置p1口為輸入模式 mov tmod,#01h ;設(shè)置定時(shí)器0為工作模式1 setb et0 ;開(kāi)定時(shí)器0中斷 setb ea ;開(kāi)總中斷 clr tr0 ;關(guān)閉定時(shí)器0 start: mov r0, p2 cjne

13、r0,#0ffh,key1 ;鍵盤掃描 clr tr0 sjmp startkey1: cjne r0,#0feh,key2 ;k1鍵按下 mov 30h,#0fbh ;設(shè)置音階1 mov 31h,#0e9h ljmp set_timerkey2: cjne r0,#0fdh,key3 ;k2鍵按下 mov 30h,#0fch ;設(shè)置音階2 mov 31h,#5ch ljmp set_timerkey3: cjne r0,#0fbh,key4 ;k3鍵按下 mov 30h,#0fch ;設(shè)置音階3 mov 31h,#0c1h ljmp set_timerkey4: cjne r0,#0f7h,

14、key5 ;k4鍵按下 mov 30h,#0fch ;設(shè)置音階4 mov 31h,#0efh ljmp set_timerkey5: cjne r0,#0efh,key6 ;k5鍵按下 mov 30h,#0fdh ;設(shè)置音階5 mov 31h,#045h ljmp set_timerkey6: cjne r0,#0dfh,key7 ;k6鍵按下 mov 30h,#0fdh ;設(shè)置音階6 mov 31h,#92h ljmp set_timerkey7: cjne r0,#0bfh,key8 ;k7鍵按下 mov 30h,#0fdh ;設(shè)置音階7 mov 31h,#0d6h ljmp set_ti

15、merkey8: cjne r0,#7fh,nokey ;k8按下 mov 30h,#0fdh ;設(shè)置音階8 mov 31h,#0fbhset_timer: setb tr0 ;發(fā)聲 sjmp startnokey: clr tr0 ;無(wú)鍵按下 sjmp startint_t0: ;t0中斷服務(wù)程序 mov th0,30h ;定時(shí)器賦初值 mov tl0,31h cpl p1.0 ;輸出方波 reti end第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表 單片機(jī)仿真器keilc蜂鳴器 ls15.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于

16、在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：中心控制模塊的調(diào)試，音樂(lè)播放模塊的調(diào)試，按鍵控制模塊的調(diào)試等，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試。5.2.1硬件調(diào)試對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器keilc及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能。5.3 測(cè)試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，分別播動(dòng)8個(gè)按鍵會(huì)發(fā)出8種高低不同的聲音，如果送入音樂(lè)程序，則會(huì)播放歌曲。總結(jié) 經(jīng)過(guò)兩周的忙碌,我的電子琴終于仿真成功.雖然失敗了幾次,但經(jīng)過(guò)

17、老師對(duì)硬件連接圖的糾正,自己又調(diào)整.了程序最后終于方仿真成功.心情很激動(dòng),一方面:覺(jué)得很有成就感;另一方面:收獲很大,：不但鍛煉了編程的能力，而且通過(guò)編程對(duì)硬件的整個(gè)流程了解了。在仿真過(guò)程中，我犯了兩個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤：一個(gè)是用了沒(méi)有模型的元件，另一個(gè)是喇叭可以不用驅(qū)動(dòng)就能發(fā)出聲音。經(jīng)老師提醒，我改正了連接圖。結(jié)果成功了。用單片機(jī)控制播放模塊和按鍵控制模塊制作出的電子琴，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，并且價(jià)格低廉，具有實(shí)用的價(jià)值。這種電子琴能夠支持單音和復(fù)音彈奏，如果與高品質(zhì)的音源芯片連接，音質(zhì)更可與高檔電子琴相媲美。致謝在本論文的寫作過(guò)程中，我的老師給了我很大的幫助，從選題到開(kāi)題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍又一遍

18、地指出每稿中的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。寫作論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，這次論文的完成，同樣也意味著新知識(shí)的掌握。參考文獻(xiàn)1 張毅剛，彭喜元。單片機(jī)原理與應(yīng)用m（十）北京：高等教育出版社，2007.102 張毅剛。mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)m。哈爾濱。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版,19993 李廣弟。單片機(jī)基礎(chǔ)m。北京：北京航天航空大學(xué)出版社，20014 楊振江。智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的新器件及應(yīng)用m。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20015 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)j.北京:高等教育出版社,199

19、7.附錄1 源程序 org 0000h ljmp main org 000bh ljmp int_t0 org 0100hmain: mov sp,#60h ;初始化堆棧指針 mov 30h,#00 ;定時(shí)器初值清零 mov 31h,#00 mov p1,#0ffh ;設(shè)置p1口為輸入模式 mov tmod,#01h ;設(shè)置定時(shí)器0為工作模式1 setb et0 ;開(kāi)定時(shí)器0中斷 setb ea ;開(kāi)總中斷 clr tr0 ;關(guān)閉定時(shí)器0 start: mov r0, p2 cjne r0,#0ffh,key1 ;鍵盤掃描 clr tr0 sjmp startkey1: cjne r0,#0feh,key2 ;k1鍵按下 mov 30h,#0fbh ;設(shè)置音階1 mov 31h,#0e9h ljmp set_timerkey2: cjne r0,#0fdh,key3 ;k2鍵按下 mov 30h,#0fch ;設(shè)置音階2 mov 31h,#5c