#基于51單片機(jī)簡(jiǎn)易電子琴

1、1課題背景單片微型計(jì)算機(jī)室大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。他的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳 統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的 一項(xiàng)重大課題。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮 演重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制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AT89S52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，

2、和一個(gè)復(fù)位按鍵。主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析， 并介紹了基于單片機(jī)電子琴硬件的組 成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏要表達(dá)的音符。 并且分別從原理圖，主要芯片，個(gè)模塊原理及各莫奎的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。一首音樂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，構(gòu)成我們想演奏的那首曲目。當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(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來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào)，因此, 我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系編寫正確就可以達(dá)到我們想要的曲目。2任務(wù)要求與總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求利用所

3、給鍵盤的1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8八個(gè)鍵，能夠發(fā)出7個(gè)不同的音調(diào)，而且 有一個(gè)按鍵可以自動(dòng)播放歌曲，要求按鍵按下時(shí)發(fā)聲，松開延時(shí)一小段時(shí)間，中間再按 別的鍵則發(fā)另外一音調(diào)的聲音，當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤按下，則快速檢測(cè)出是哪一個(gè)按鍵被 按下，然后單片機(jī)的定時(shí)器啟動(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)按鍵被 按下，則啟動(dòng)中斷系統(tǒng)。前面的發(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 首調(diào)02.2 設(shè)計(jì)方案2.2.1 播放模塊播放模塊是由喇叭構(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

4、小，且價(jià)格低廉，所以，被廣泛應(yīng)用。2.2.2 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，另外一個(gè)作為模式轉(zhuǎn)換按鍵，實(shí)現(xiàn)用 戶存放的自動(dòng)播放歌曲。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)的程序入口，實(shí)現(xiàn)自編歌曲的。2.3總體硬件組成框圖功能選擇（彈奏/播放）該設(shè)計(jì)方案是通過按鍵隨意按4所要表達(dá)的音符,作為電平送給主體電路，中央處理器通過識(shí)別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。通過這樣可以不斷的彈奏我 們想要的音符或者是音調(diào)

5、，電路由復(fù)位電路，指示燈電路，和功能按鍵電路組成，通過功能鍵可以選擇播放音樂或者彈奏音節(jié)，硬件主要有下面幾個(gè)部分組成鍵盤輸入P2 rl的高四位¥口 P2 口3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖2-T8（9s52號(hào)抽群設(shè)計(jì)框圖 的第四位作為按鍵的接口，用大首頻放P1 口做信巖輸出口。喇叭發(fā) 出聲音為了使電子琴的控制系統(tǒng)更加的方便、靈活以及穩(wěn)定性，我們對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了簡(jiǎn)約 和優(yōu)化，使硬件更加的實(shí)用，更加的人性化，硬件電路包括中心控制模塊、播放模塊、 按鍵控制模塊、復(fù)位按鍵模塊四大類。3.1 中心控制模塊的硬件設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)的中心控制模塊是采用 AT89S52單片機(jī)來控制整個(gè)系統(tǒng)。其中 P2 口作為輸入口，P

6、1 口為信號(hào)輸出口，P1.0連接音響驅(qū)動(dòng)電路。3.2 聲音播放模塊的硬件設(shè)計(jì)如下圖所示，為聲音的播放模塊，它接到P1.0 口上，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，它通過AT89S52At89s52是一種低功耗、高性能CMOS8：微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存 儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引 腳完全兼容。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash, 256字節(jié)RAM 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中 斷結(jié)構(gòu)，全雙工用行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏

7、輯 操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAMft容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單 片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可 編程 Flash AT89S52P3 口亦作為AT89S52W殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3 口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（用行輸出口）P3.2 INTO（外中斷 0）P3.3 INT1（外中斷 1）P3.4 TO（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)

8、器1）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）此外，P3 口還接收一些用于FLASHXJ存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST-復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī) 復(fù)位。上圖為AT89S52®片的管腳圖4.2音頻功放電路LM386芯擔(dān)floc：電子琴的功放電路采用？M38a二 230:底片，使圉P1.3 我們想要輸出的音頻效果。P1.4匚（MOSI）P1s5rLM386是美國國家半導(dǎo)體包線死 品。為使外圍元件最少，瓶制洋爵! 電容，便可將電壓增益調(diào)為靄潮鼠:E3736花的音頻功灣 置為20形 二31 直至200a息

9、 vcc PC.C （ADO）:AT89S52驅(qū)動(dòng)音頻放大芯片工作，以達(dá)到 PC 2-AD2； PC 3代網(wǎng) PC -1 -AE>4'»族加油為器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)3：1搦和8腳之間增加一只外接電阻和題第盤地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半， 電池供電的場(chǎng)合。,它圍耗僅為24mW使得LM38判別適用于TDJP3.4C(T1JP3.5E2726 P2.B % P2 5(A13)4-1為LM386t腳三成圖閑入l!a¥sWk i lrrvLM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、 外接元件少喝和諧波失真小等優(yōu)

10、點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。4.3揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器是一種把電平轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的換能器件，揚(yáng)聲器和性能對(duì)音質(zhì)的高低音響很 大。揚(yáng)聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動(dòng)式、靜電式、電磁式、壓電式等幾種， 后兩種多用于農(nóng)村有線廣播網(wǎng)中，k頻率槽圍可4為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器，這些常在音箱中作為組合揚(yáng)聲器使用。在2次試驗(yàn)作品中使用電磁式揚(yáng)聲器TBm性。4.4根據(jù)按鍵功能，裝入音符T值到T0中模塊設(shè)可移植識(shí)別按鍵功能啟動(dòng)T0工作停止T0工作圖4-3軟件設(shè)計(jì)流程圖本系統(tǒng)軟件中還要是編輯電子琴播放狀態(tài)的內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中采用匯編語言編寫了電子 琴挖制系統(tǒng)控制和播放內(nèi)容的程序。源程序參考附錄一主要程序：MAN:M

11、OV SP,#60H ;MOV 30H,#00 ;初始化堆棧指針定時(shí)器初值清零MOV 31H,#00設(shè)置P1 口為輸入模式MOV P1,#0FFH ;MOV TOMD, #01H ;設(shè)置定時(shí)器0為工作模式1SETB ET0; 開定時(shí)器0中斷SETB EA; 開總中斷CLR TR0關(guān)閉定時(shí)器0在程序編寫中多次采用了判斷指令，來掃描按鍵的按下，然后把相應(yīng)的音符傳送到指定 的內(nèi)存空間，使其相應(yīng)的按鍵對(duì)應(yīng)相應(yīng)的音符。源程序參考附錄一。5電路的仿真和調(diào)試Proteus的ISIS事一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 IC,并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，可以給我們做電路

12、設(shè)計(jì)提供方便快捷的仿 真效果，讓我們事半功倍。目前支持的單片機(jī)類型有：680以及各種外圍芯片0系列、8051系列、AVRI（列、PIC12 系列、HC11系列。;圖：5-1,電路仿真圖5-1.二.電子琴仿真圖:把程序媒跡ii先機(jī),二進(jìn)行仿A投仙J施，二在研獨(dú)務(wù)原的線都小:該作品:接過程中應(yīng)該多注意實(shí)物圖參的音量F勺下,WJ1;Peay 口 - 理圖和程氤:KT>L2陽3”3 -燙印板子憾廢荏再進(jìn)彳亍腐蝕；遺便由。:二_量的小M把該補(bǔ)憚可以盡耀彘如線的發(fā):呷1那%由可倜電阻器束調(diào)節(jié)，實(shí)物圖圖5-2可調(diào)電阻器U211女仿真圖*大小無法調(diào)節(jié)，最后通過詢問老師以及同學(xué)，最后采用了最終達(dá)到了實(shí)驗(yàn)所

13、要附展 K I J I. G U I L li J£LM386芯片的音頻敢天電1' m靛區(qū)由于音璇功放電路采用了 LM386芯片，使得音頻放大更加的穩(wěn)定和沒有行三進(jìn)岸達(dá)到了實(shí)在此之心力向川旦1交攵N901放大電路來播放聲音前，本實(shí)驗(yàn)組放電路u度采用簡(jiǎn)單的三紗如下所示：ij 1圖5-3NPN901到放電路小瓦然成功,但是在做完板子調(diào)試的時(shí)候，電旨及其不穩(wěn)定，音響效果也詞/音:在作品板的調(diào)試過程中，本作品的復(fù)位電路打高電帶和單片機(jī)沒有接好，:G開始的最終達(dá)到了實(shí)驗(yàn)調(diào)試中就遇到了難題，最終在檢驗(yàn)板子和檢狽出色問題，并以解決,的目的總結(jié)LS1 ,將以調(diào)試好的程序燒進(jìn)AT89S52芯片

14、，再J到路板中口 |按下按鍵就可以發(fā)出相應(yīng)的p U_4_ % U P音。本次試驗(yàn)通過制作電子琴，將幾個(gè)模塊換呢好的融合起來：對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易 電子琴進(jìn)行了分析，并接受了基于單片機(jī)電子期硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來 獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。說明一首音樂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了，于是我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方 波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可，然后我們利 用功放電路來將音樂聲音放大，同時(shí)同股溝顯示模塊來確知自己所彈的音符

15、。通過這次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，我感覺收獲了很多：通過這次的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)I,我加深了對(duì)單片機(jī) 系列知識(shí)及其系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。這個(gè)設(shè)計(jì)題目并不怎么新穎，但從中體現(xiàn)到了個(gè)系統(tǒng)開發(fā)設(shè) 計(jì)的過程，足以讓我們受益匪淺。在這次的實(shí)訓(xùn)中，讓我更進(jìn)一步的提高了動(dòng)手能力，也重新復(fù)習(xí)了一次單片機(jī)的程序 編程能力，在這期間，讓我更加深刻了體會(huì)到了匯編程序的思路，加強(qiáng)了對(duì)編程能力的 理解和對(duì)相應(yīng)資料的查閱。謝詞在這次實(shí)訓(xùn)過程中，能夠得以順利的完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的 同學(xué)，成功是你們的幫助和鼓勵(lì)成果。在這里我要對(duì)你們表示深深的謝意！首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師，李靜老師，莫容老師，在實(shí)訓(xùn)過程中，提供了許 多寶貴的建議

16、，老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不 ，卜卷的高尚師德，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的 學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。參考資料1劉樂喜.微機(jī)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.華中科技大學(xué)出版社.2石東海.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通.M.西安電子科技大學(xué)出版社.3謝自美等.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試.M.華中科技大學(xué)出版社MC51/98系列單片機(jī)原理與應(yīng)用4長德，李華，李東， 附錄一MOV P1,#0FFHMOV TMOD,#01HSETB ET0SETB EACLR TR0START:MOV R3,

17、P2CJNE R3,#0FFH,KEY1CLR TR0SJMP STARTKEY1:; 按鍵1 ,P2.0M.機(jī)械工業(yè)出版社.CJNE R3,#0FEH,KEY2MOV 30H,#0FBHMOV 31H,#0E9HMOV R0,#0FBH;將音階存放到 R0, R1對(duì)應(yīng)的地址中MOV R1,#0E9HINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY2:; 按鍵 2,P2.1CJNE R3,#0FDH,KEY3MOV 30H,#0FCHMOV 31H,#5CHMOV R0,#0FCHMOV R1,#5CHINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY3:；按鍵 3,P2.2

18、CJNE R3,#0FBH,KEY4MOV 30H,#0FCHMOV 31H,#0C1HMOV R0,#0FCHMOV R1,#0C1HINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY4:; 按鍵4,P2.3CJNE R3,#0F7H,KEY5MOV 30H,#0FCHMOV 31H,#0EFHMOV R0,#0FCHMOV R1,#0EFHINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY5:; 按鍵5,P2.4CJNE R3,#0EFH,KEY6MOV 30H,#0FDHMOV 31H,#045HMOV R0,#0FDHMOV R1,#045HINC R0INC R1LJ

19、MP SET_TIMERKEY6:;按鍵 6,P2.5CJNE R3,#0DFH,KEY7MOV 30H,#0FDHMOV 31H,#92HMOV R0,#0FDHMOV R1,#92HINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY7:;按鍵 7,P2.6CJNE R3,#0BFH,KEY8MOV 30H,#0FDHMOV 31H,#0D6HMOV R0,#0FDHMOV R1,#0D6HINC R0INC R1LJMP SET_TIMERKEY8:; 按鍵8, P2.7,用來進(jìn)入音樂自動(dòng)播放生日快樂CJNE R3,#7FH,NOKEYLCALLYYBF;調(diào)用音樂自動(dòng)播放程序LJM

20、P SET_TIMERSET_TIMER:SETB TR0LJMP STARTNOKEY:CLR TR0LJMP STARTINTT0:MOV TH0,30HMOV TL0,31HCPL P1.0RETIYYBF:CLR P1.1numtim equ 20hgewei equ 21hshiwei equ 22hscanled equ 23horg 1000hjmp YYstartorg 001bhjmp tim0org 1100hYYstart: mov tmod,#00010000bsetb easetb et1mov numtim,#01hmov r6,#2hYYstart0:mov 40

21、h,#00hnext: mov a,40hmov dptr,#tablemovc a,a+dptrmov r2,ajz end0anl a,#0fhmov r5,amov a,r2swap aanl a,#0fhjnz singclr tr1jmp d1sing: dec amov 22h,arl amov dptr,#table1movc a,a+dptrmov th1,amov 21h,amov a,22hrl ainc amovc a,a+dptrmov tl1,amov 20h,asetb tr1d1:lcall delayinc 40hjmp nextend0:clr tr1djnz r6, YYstart0jmp maintim0:push