《电子琴课程设计》word版.doc

摘要随着电子技术的发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，电子技术与音乐的结合正在不断加深。因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。关键词：AT89C51，矩阵键盘，LED显示管，扬声器。 目 录摘要.I目录.II1 引言.11.1 研究背景及意义.11.2 研究现状和发展趋势.12 硬件设计.22.1 总体设计方案.22.2 电子琴组成原件的概述.23 软件设计.43.1 keil软件的任务.43.2 proteus的界面实现.64 系统调试与实验.74.1 程序调试.74.2 硬件调试.75 总结.8参考文献.9I1 引言1.1：研究背景及意义 基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。 该设计具有以下优点： (1)可以随意弹奏想要表达的音乐； (2)制作简单，成本低。 （3）比传统电子琴功能更完善。1.2研究现状和发展趋势单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。随着社会的进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分。电子琴及其音乐播放器是自弹音乐和播放储存音乐为一体。我们对于电子琴如何实现其功能，如音乐选择、声音强弱控制、自动放音功能等等也很好奇。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演者重要的角色。随着发展我们对电子琴的要求越来越高，而随之诞生的便是电子琴与音乐播放器集一体的新型电子琴。2 硬件设计2.1 总体方案设计本系统设计制作一个可演奏的电子琴。综合应用了两项设计。（1） 键盘矩阵识别。即矩阵扫描，显示当前按键。（2）不同频率音符播放。可以通过按键控制16种发音。一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系正确即可。方案设计如图所示。图2-1 方案设计流程2.2 电子琴组成原件的概述：2.2.1 AT89C51： AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图2-2-1 AT89C51结构2.2.2 矩阵式键盘： 首先判断键盘有无键按下，即把所有的行线均置为低电平，然后再检查各列线的状态，若列线不全为高电平，则表示键盘中有键被按下；若列线全为高电平，则表示键盘中无键被按下。在确认有键被按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。判断闭合键的位置，其方法是依次将行线置于低电平，在逐行检查各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与行线交叉处就是闭合的按键。2.2.3 硬件总体设计图：图2-2-3 电路原理图3 软件设计 3.1.1 keil软件的任务若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.2反相，然后重复计时再反相。就可在P1.2引脚上得到此频率的脉冲。利用STC89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为524Hz，其周期T1/5241912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（524Hz）。 计数脉冲值与频率的关系式是： Nfi2fr 式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。其计数初值T的求法如下： T65536N65536fi2fr例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（262Hz）、中音DO（524Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。 T65536N65536fi2fr6553610000002fr 65536500000/fr低音DO的T65536500000/26263628中音DO的T65536500000/52464580高音DO的T65536500000/104665058单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如表所示表3-1-1 音符频率表音符频率（HZ）简谱码（T值）音符频率（HZ）简谱码（T值）休止00中 4 FA69864820低1DO26263628中 5 SO78464898低2RE29463835中 6 LA88064968低 3 M33064021中 7 SI98865030低 4 FA34964103高 1 DO104665058低 5 SO39264260高 2 RE117565110低 6 LA44064400高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52464580高 5 SO156865217中 2 RE58864684高 6 LA176065252中 3 M66064777高 7 SI1967652833.1.2 Keil程序编译界面如图：图3-1-2 keil程序编译界面3.2 Proteus的界面实现.图3-2 Proteus的界面实现按键显示 KEY 0 键按下，播放DO低音；（相应频率：262）KEY 1 键按下，播放RE低音；（294）KEY 2 键按下，播放MI低音；（330）KEY 3 键按下，播放FA低音；（349）KEY 4 键按下，播放SO低音；（392）KEY 5 键按下，播放LA低音；（440）KEY 6 键按下，播放#6LA#； （466）KEY 7 键按下，播放SI低音；（494）KEY 8 键按下，播放DO中音；（524）KEY 9 键按下，播放RE中音；（588）KEY A 键按下，播放MI中音；（660）KEY B 键按下，播放FA中音；（698）KEY C 键按下，播放SO中音；（784）KEY D 键按下，播放LA中音；（880）KEY E 键按下，播放#6LA； (932）KEY F 键按下，播放SI中音 （988）4系统调试与实验4.1程序调试：（1）Keil下编译，产生目标HEX文件，Proteus下Programme Files选择产生的HEX文件。（2）开启本系统，该程序中设定LED灯的初始显示为0x40,如下图，数码管显示“-”。 图4-1 LED初始化4.2 硬件调试：（3）按任意键盘，数码管显示所按下的键盘数，扬声器发出相应的音符：将程序生成的HEX文件导入硬件电路中的单片机中，进行调试，随着按下不同的键，单片机发出不同的声音，并且LED显示所按下的键的号码。如图：图4-2 电路实际调试5 总结将程序导入AT89C51芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。本课题通过制作电子琴，将几个模块很好的融合起来，对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。说明一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，于是我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶