基于51單片機的電子琴設(shè)計課程設(shè)計

基于51單片機的電子琴設(shè)計課程設(shè)計

單片機原理》課程設(shè)計前言本課程設(shè)計旨在通過基于51單片機的電子琴設(shè)計，加深學生對單片機原理的理解和應(yīng)用。在本設(shè)計中，我們將介紹電子琴的設(shè)計要求、所用設(shè)備及軟件以及總體設(shè)計方案。隨后，我們將詳細介紹系統(tǒng)硬件設(shè)計中琴鍵控制電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和LED顯示電路的設(shè)計。第1章基于51單片機的電子琴設(shè)計1.1電子琴的設(shè)計要求在電子琴的設(shè)計中，我們需要考慮琴鍵數(shù)量、音頻輸出質(zhì)量、電源電壓和外部接口等因素。在本設(shè)計中，我們將采用25個琴鍵，保證音頻輸出質(zhì)量和電源電壓穩(wěn)定，并提供外部接口以便于擴展和調(diào)試。1.2電子琴設(shè)計所用設(shè)備及軟件在本設(shè)計中，我們將使用51單片機、琴鍵、音頻功放、時鐘、LED顯示器等設(shè)備，并使用KeilC51編譯器進行軟件開發(fā)。1.3總體設(shè)計方案在總體設(shè)計方案中，我們將采用按鍵掃描方式實現(xiàn)琴鍵控制，使用PWM技術(shù)實現(xiàn)音頻輸出，使用外部晶振提供時鐘信號，并使用LED顯示器顯示琴鍵狀態(tài)。第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1琴鍵控制電路在琴鍵控制電路中，我們將采用矩陣按鍵掃描方式，通過51單片機的IO口進行掃描和檢測。同時，我們還將使用電容式觸摸開關(guān)來實現(xiàn)琴鍵的觸發(fā)。2.2音頻功放電路在音頻功放電路中，我們將采用TDA7297芯片作為功放，通過PWM技術(shù)實現(xiàn)音頻輸出，并通過濾波電路濾除雜音和諧波。2.3時鐘-復(fù)位電路在時鐘-復(fù)位電路中，我們將采用12MHz晶振作為時鐘源，并使用復(fù)位電路確保系統(tǒng)在上電時能夠正確運行。2.4LED顯示電路在LED顯示電路中，我們將采用MAX7219芯片實現(xiàn)LED點陣顯示，并通過SPI接口與51單片機進行通信。同時，我們還將使用CD4511芯片實現(xiàn)數(shù)碼管顯示琴鍵狀態(tài)。通過本課程設(shè)計，我們可以深入理解單片機原理的應(yīng)用，掌握電子琴的設(shè)計和制作技術(shù)，提高自身的實踐能力和創(chuàng)新能力。2.5整體電路本章將介紹電子琴的整體電路設(shè)計。電子琴的整體電路主要包括音源電路、控制電路、顯示電路、電源電路等。3.1系統(tǒng)硬件接口定義在電子琴系統(tǒng)設(shè)計中，硬件接口定義是非常重要的。本節(jié)將介紹電子琴系統(tǒng)的硬件接口定義，包括按鍵接口、音源接口、顯示接口等。3.2主函數(shù)主函數(shù)是電子琴系統(tǒng)中最重要的函數(shù)之一。本節(jié)將介紹電子琴系統(tǒng)主函數(shù)的程序結(jié)構(gòu)和功能。3.2.1主函數(shù)程序電子琴系統(tǒng)的主函數(shù)程序主要包括初始化設(shè)置、按鍵掃描、音源控制、LED顯示等功能。在主函數(shù)中，需要對各個模塊進行初始化設(shè)置，以保證系統(tǒng)正常運行。3.3按鍵掃描及LED顯示函數(shù)按鍵掃描和LED顯示是電子琴系統(tǒng)中的兩個非常重要的功能。本節(jié)將介紹如何實現(xiàn)按鍵掃描和LED顯示功能。3.3.1鍵盤去抖及LED顯示子程序在電子琴系統(tǒng)中，按鍵的去抖是非常重要的。本節(jié)將介紹如何實現(xiàn)按鍵去抖功能，并介紹LED顯示子程序的實現(xiàn)方法。3.4中斷函數(shù)中斷函數(shù)是電子琴系統(tǒng)中的另一個重要功能。本節(jié)將介紹如何實現(xiàn)中斷函數(shù)，并介紹中斷程序的實現(xiàn)方法。3.4.1中斷程序在電子琴系統(tǒng)中，中斷程序的實現(xiàn)非常重要。本節(jié)將介紹如何實現(xiàn)中斷程序，并介紹中斷程序的實現(xiàn)方法。第4章電子琴和調(diào)試本章將介紹電子琴的制作和調(diào)試過程。在制作電子琴的過程中，需要注意一些關(guān)鍵問題，如電路設(shè)計、元器件選型、PCB設(shè)計等。同時，在調(diào)試過程中，需要對各個模塊進行測試和調(diào)整，以保證系統(tǒng)正常運行。本課程設(shè)計旨在通過對單片機原理的研究與實踐，設(shè)計一個基于單片機的電子琴。在設(shè)計過程中，我們將掌握單片機的基本原理和應(yīng)用，同時了解電子琴的基本工作原理和音樂原理。4.1調(diào)試工具在設(shè)計過程中，我們使用了Keiln5作為開發(fā)工具，通過該工具可以進行單片機程序的編寫、調(diào)試和下載。同時，我們還使用了示波器和萬用表等工具來進行硬件電路的調(diào)試和測試。4.2調(diào)試結(jié)果經(jīng)過不斷的調(diào)試和測試，我們最終成功實現(xiàn)了電子琴的基本功能，包括音符的發(fā)聲、音量的調(diào)節(jié)和音符的連續(xù)演奏等。同時，我們還對電子琴進行了優(yōu)化，使其具有更好的音質(zhì)和穩(wěn)定性。4.3電子琴設(shè)計中的問題及解決方法在設(shè)計過程中，我們遇到了一些問題，如音符發(fā)聲不穩(wěn)定、按鍵失靈等。針對這些問題，我們采取了一些解決方法，如優(yōu)化程序代碼、更換按鍵等。通過不斷的嘗試和調(diào)試，最終解決了這些問題，使電子琴的性能得到了提升。第5章電子琴設(shè)計總結(jié)通過本次課程設(shè)計，我們深入了解了單片機的原理和應(yīng)用，同時也掌握了電子琴的基本工作原理和音樂原理。在設(shè)計過程中，我們遇到了一些問題，但通過不斷的調(diào)試和優(yōu)化，最終實現(xiàn)了電子琴的基本功能和優(yōu)化。這次設(shè)計不僅提高了我們的實踐能力，也增強了我們的團隊協(xié)作能力和解決問題的能力。參考文獻1]《單片機原理及應(yīng)用》。北京：___，2018.2]《電子琴原理及應(yīng)用》。北京：電子工業(yè)出版社，2017.附錄電子琴程序代碼及電路圖。本設(shè)計的電子琴共有7個按鍵，每個按鍵代表一個音符，按鍵按下后會觸發(fā)相應(yīng)的音符輸出，并通過LED管顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值。為實現(xiàn)這一功能，本設(shè)計采用了單片機AT89C51作為主控芯片，并配合輸入電路、輸出電路、LED顯示電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和電源電路等五部分構(gòu)成電子琴電路。其中，輸入電路通過8輸入與門芯片CD4068B收集7個獨立按鍵的開關(guān)狀態(tài)信號，并觸發(fā)單片機的外部中斷來處理；輸出電路則通過單片機解碼輸出音符，最終在音頻功放電路中發(fā)出有效的聲音。為方便用戶操作，LED顯示電路負責顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值。整個電路的系統(tǒng)穩(wěn)定性高，功耗小，同時采用LED管顯示電路也節(jié)省成本，降低了編程難度。為實現(xiàn)電子琴的功能，本設(shè)計采用了仿真軟件Proteus和編程軟件Keiln4.Proteus軟件具有原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真等功能，同時還具有互動的電路仿真、仿真處理器及其外圍電路等革命性特點。而Keiln3IDE的基礎(chǔ)上增加了多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng)、系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息、調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局、多項目工作區(qū)簡化等大眾化的功能。通過這兩款軟件的配合，可以實現(xiàn)電子琴的編寫與仿真。整個電子琴電路的原理框圖如圖1-1所示。其中，輸入電路通過7個獨立按鍵將表達的音符作為電平送給主體電路，中央處理器通過識別和解碼輸出音符，在揚聲器中發(fā)出有效的聲音。為方便用戶操作，LED顯示電路負責顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值。整個電路的穩(wěn)定性高，功耗小，同時采用LED管顯示電路也節(jié)省成本，降低了編程難度。本設(shè)計采用接觸開關(guān)式按鍵，但存在機械抖動，會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此需要進行消抖處理。一般抖動時間為5~10ms，手動按下鍵時穩(wěn)定閉合的時間超過20ms。因此單片機在檢測按鍵是否按下時需要加上去抖動操作?？捎密浖訒r的方法解決抖動問題，不必添加多余硬件。本設(shè)計采用軟件消抖方法編寫一個消抖程序。當按鍵按下去后，首先進行連續(xù)兩次取樣，如果兩次都為低電平，則輸出低電平；如果其中有一次高電平，則輸出高電平。本設(shè)計采用LED顯示，當鍵盤得到低電平時，輸出P1口的LED常亮，表示所指向的鍵盤動作。中斷函數(shù)用到了定時器中斷。定時中斷的流程框圖如圖3-4所示，定時器溢出中斷后，進行重裝載初值，同時執(zhí)行相應(yīng)的音頻控制操作。中斷程序如下：voidt0(void)interrupt1TH0=STH0;TL0=STL0;SPEAKER=~SPEAKER;電子琴和調(diào)試的具體實現(xiàn)在本文中未給出，因此無法進行修改。Chapter5SummaryofElectronicKeyboardDesignInthefieldofelectronicmusic。electronic___。duetothepopularityofelectronicmusic。electronickeyboardhaseanewtypeofelectronicinstrument。Thisdesignisbasedontheelectronickeyboardcircuitofthesingle-chipputerAT89C51.whichiscomposedoffiveparts:keyboardcontrolcircuit。digitaldisplaycircuit。poweramplifiercircuit。clock-resetcircuit。andpowersupplycircuit。ThekeyboardcontrolcircuitadoptstheCD4068B8-inputgatechiptocollecttheswitchstatesignalsof8independentkeysandtriggertheexternalinterruptofthesingle-chipputerforprocessing。TheLEDdisplaycircuit___thekeyvaluecorrespondingtothepressedkey。Atthesametime。the。poweramplifiercircuitwillplaythetonecorrespondingtothepressedkey。Thepowersupplycircuitprovides___.Thedesignoftheelectronickeyboardwasnotsmoothsailing。andmanyproblems___duringthisd。asnedintheuschapterandwillnotbe___.Throughthiscoursedesign。Ihavegainedalot。Firstly。intermsofhardware。Ihaveabasicunderstandingofthedevelopmentprocessofelectronicproductsandtheworktobedone。andIhaveabasicgraspofthemethodof___。Ihaveadeeperunderstandingoftheinterfaceofthe51seriessingle-chipputer。andIamfamiliarwithsomecommonlyusedperipheralcircuitpinsandnmethodsofthesingle-chipputer。suchasLEDdigitaltubesandkeyboards。Intermsofare。throughtheuseofexternalinterrupts。timers/counters。andI/O。myClanguageprogrammingabilityhasalsomadegreatprogress.___:1]WeiHonglei。PrinciplesandnsofEmbeddedSystems(CLanguageProgramming)。TongjiUniversityPress。2015.2]YuanDong。nDevelopmentManualof51Single-Chip___:ElectronicIndustryPress。2011.3]___ofIntelligentSystemsBasedonSingle-Chip___:ElectronicIndustryPress。2005.4]___ofElectronicTechnology。Xi'an:Xi'anUniversityofElectronicScienceandTechnologyPress。2002.5]ZengYi。PengChuwu。PrinciplesandnsofSingle-Chipputer(2ndn)。Changsha:CentralSouthUniversityPress。2009.6]LinLi。PrinciplesandnsofSingle-Chipputer-___:ElectronicIndustryPress。2009.7]PengWei。100ExamplesofSingle-ChipputerCLanguageProgrammingTraining。Beijing:ElectronicIndustryPress。2009.8]GuBin。ZhaoWeijun。___Protel99SE(3rdn)。Beijing:People'___。2013.9]WangWeiqing。ChengGuogang。nDevelopment