基于單片機的簡易電子琴設(shè)計論文

1、1 / 16課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告基于 STC12C5A60S2 單片機步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 1姓 名任杰 學(xué)號：11084210352 / 16摘 要：隨著社會的發(fā)展進步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設(shè)計一個基于單片機的簡易電子琴。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)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(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。本文的主要容是用 AT89S52

2、單片機為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。 關(guān)鍵詞：單片機 電子琴 AT89S523 / 16目目 錄錄摘 要 I目 錄 II1 引言 11.1 研究背景與意義 12 硬件設(shè)計 12.1 系統(tǒng)硬件與其說明 13 軟件設(shè)計 24 系統(tǒng)調(diào)試 105 總結(jié) 10參考文獻 104 / 161.1 課題研究背景與意義 電子琴是高科技在音樂領(lǐng)域的一個代表，它是古典文化與現(xiàn)代文明的一個濃縮體。它不但可以幫助我們的音樂教師進行傳統(tǒng)音樂文化的教育教學(xué)工作，而且由于它又具備現(xiàn)代音樂，特別是電子音樂、電腦音樂的基本

3、結(jié)構(gòu)、特征，因而使我們的教師在進行現(xiàn)代音樂、電子音樂、電腦音樂的教學(xué)時，更直接、更簡便。 課題研究背景 單片微型計算機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計算機，它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。它的應(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，單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題。 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)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)融入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要容是用 AT89S51 單片機為核心控制元件，設(shè)計一個電子

4、琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有 16 個按鍵和揚聲器。 課題研究意義 本文主要對使用單片機設(shè)計簡易電子琴進行了分析，并介紹了基于單片機的電子琴硬件組成。利用單片機產(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的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理與各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。本系統(tǒng)是簡易電子琴的設(shè)計，按下鍵盤矩陣中的按鍵會使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚聲器播放器對應(yīng)的音符。通過設(shè)計本系統(tǒng)可了解單片機的基本功能。對單片機的了解有一個小的飛躍。5 / 162 硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計與說明系統(tǒng)組成與總體框圖硬件設(shè)計的任務(wù)是根

5、據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。該設(shè)計要實現(xiàn)一種由單片機控制的電子琴，單片機工作于 12MHZ 時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計數(shù)值 TH0 和 TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。該設(shè)計具有 11 個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路

6、。本例使用國家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器 LM386 來實現(xiàn)音頻功放電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖鍵盤掃描AT89S52LED 燈光顯示揚聲器播放音樂電源部分6 / 16顯示電路本次畢業(yè)設(shè)計的顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示，由于 LED 是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。通過單片機查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來實現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計音樂相關(guān)知識樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用 C、D、E、F、G、A、B 表示的，這 7 個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成

7、DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時是 0.4 秒，則 1 拍的延時是 1.6 秒，只要知道1/4 拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實現(xiàn)

8、的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時/計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C 調(diào)）具體如下表：表 2-1 音樂節(jié)拍表曲調(diào)值DELAY曲調(diào)值DELAY調(diào) 4/4125ms調(diào) 4/462ms調(diào) 3/4187ms調(diào) 3/494ms調(diào) 2/4250ms調(diào) 2/4125ms如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它7 / 16的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以與

9、單片機定時計數(shù)的關(guān)系。在本實驗中，單片機工作于 12MHZ 時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為 1，改變計數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C 調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值 T 的對照如下表：表 2-2 音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表音符頻率（HZ）計數(shù)值（T值）音符頻率（HZ）計數(shù)值（T 值）低 1DO26263628#4FA#74064860#1DO#27763737中 5SO78464898低 2RE29463835#5SO#83194934#2RE#31163928中 6LA88064968低 3MI33064021#6LA#93264994低 4F

10、A34964103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 3MI6596

11、4732#6LA#186565268中 4FA69864820高 7SI196765283T 的值決定了 TH0 和 TL0 的值，其關(guān)系為：TH0=T/256，TL0=T%256系統(tǒng)總體功能流程圖8 / 16N定時器初始化數(shù)碼管顯示 0主程序開始循環(huán)檢測按鍵Y數(shù)碼管顯示揚聲器出聲 圖 2-1 主程序框圖 9 / 16按鍵子程序流程圖如下：K1 鍵按下K2 鍵按下K3 鍵按下K4 鍵按下K5 鍵按下K6 鍵按下K7 鍵按下數(shù)碼管顯示 3.，并播放 mi 的低音數(shù)碼管顯示 4.，并播放 fa 的低音數(shù)碼管顯示 5.，并播放 so 的低音K8 鍵按下數(shù)碼管顯示 6.，并播放 la 的低音數(shù)碼管顯示

12、 7.，并播放 si 的低音數(shù)碼管顯示 1，并播放 do 的中音數(shù)碼管顯示 2，并播放 re 的中音數(shù)碼管顯示 3，并播放 mi 的高階中音10 / 16K9 鍵按下K10 鍵按下K11 鍵按下K12 鍵按下K13 鍵按下K14 鍵按下K15 鍵按下數(shù)碼管顯示 4 并播放 fa 的中音數(shù)碼管顯示 5 并播放so 的中音數(shù)碼管顯示 6，并播放 la 的中音K16 鍵按下數(shù)碼管顯示 7，并播放 si 的中音數(shù)碼管顯示 A，并播放 do 的高音數(shù)碼管顯示 B，并播放 re 的高音數(shù)碼管顯示 C，并播放 mi 的高音數(shù)碼管顯示 D，并播放 fa 的高階高音圖 2-2 鍵盤子程序11 / 16 電路仿真

13、仿真圖介紹單片機：P0 口對應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端； P1.0 口做音樂信號輸出端； P2 口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。鍵盤掃描：將 16 位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（P0.4P0.7）用于鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（P0.0P0.3）用于給鍵盤掃描信號。數(shù)碼管顯示：在使用時一要接上拉電阻（這是有單片機 P0 口的物理特性決定的） ，二是要加限流電阻以使流進單片機的小于單片機所能承受的電流。音樂處理：LM386 將單片機 P1.0 口送過來的信號進行 20 倍的功率放大并送揚聲器進行音樂的播出。仿真圖12 / 16圖 3.1 仿真圖PCB 印制板制作印制板制作的要求（1）電源線、

14、地線應(yīng)各設(shè)置一條總線；（2）線寬盡可能的寬；13 / 16（3）應(yīng)減少軟線跳線的使用；（4）元器件排版要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號干擾；（5）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。印制電路板圖圖 4-1 主控電路 PCB 板圖14 / 16圖 4-2 輸入按鍵電路 PCB 板圖15 / 164 系統(tǒng)調(diào)試電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。5.1 軟件仿真調(diào)試軟件仿真調(diào)試主要是針對單片機部分進行調(diào)試。在軟件運行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測，用來完成檢測電路中是否

15、存在斷路或者短路情況等。在確保軟件仿真電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可進行軟件運行，在本次設(shè)計中，軟件運行主要是測試單片機鍵盤控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。1、數(shù)碼管 LED 電路調(diào)試：軟件運行，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字；2、單片機鍵盤控制部分調(diào)試：軟件運行，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確。5.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。5 總結(jié)通過各方面努力，本次畢業(yè)論文任務(wù)完成，系統(tǒng)部分功能已實現(xiàn)。可以隨意演奏一首喜歡的曲子，并可以顯示在數(shù)碼管上?；具_到預(yù)定的效果。畢業(yè)論文是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實踐相結(jié)合的機