课题-设计一个电子琴.docx

设计一个电子琴单片机原理及应用课程设计报告 设计课题： 电子琴设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 2015 年 5 月- 11 -目 录摘要-2第章前言-2.电子琴简介-2.课程设计简介-3第1章 课程设计的题目及要求-3 1.1 课程设计要求-3 1.2 课程设计目的-4第2章 系统总体方案选择与说明-4 2.1 系统方案综述-4 2.2 系统设计思路-5第3章 系统方案图与工作原理-6 3.1 系统硬件电路原理图-6 3.2 工作原理-7第4章 各单元硬件设计说明-8第5章 器件说明-9第6章 系统软件设计-10 6.1 系统软件方案的设计-10 6.2 系统应用程序设计及程序流程图-11第7章 电路仿真-16第8章 设计总结-17第9章 参考文献-19摘要电子琴不仅是儿童喜欢的玩具，而且还是开发儿童智能和培养儿童创造力的教具，具有宽广的市场。此次设计是基于能发出8种不同音的简易电子琴。该电路由AT89S52单片机，蜂鸣器，开关以及一些电阻电容组成。具有低成本，结构简易的特点。关键词：单片机 电子琴 AT89S52第0章 前言0.1 电子琴简介电子琴又称作电子键盘，属于电子乐器（区别于电声乐器），发音音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果，表现力极其丰富。它还可以模仿多种音色，甚至可以演奏出常规乐器所无法发出的声音（如合唱声，风雨声，宇宙声等）。另外，电子琴在独奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏较强的现代音乐。另外，电子琴还安装有效果器，如混响，回声，延音，震音轮和调制轮等多项功能装置，表达各种情绪是运用自如。电子琴是键盘乐器，采用半导体集成电路，对乐音信号进行放大，通过扬声器产生音响。有多种类型。使用五线谱，多为高低音双行记谱。有时也用中音谱。 电子琴是现代电子技术与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，他已经融入现代人们生活中，成为不可替代的一部分。单片机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、音乐转盘及音乐童车等等。此次设计的是最简单的电子琴，只具有8个不同的发声功能。.课程设计简介 随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善人们的学习、生活、工作。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、音乐转盘及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。单片机微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物i，属于第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。第1章 课程设计的题目及要求1.1 课程设计要求设计一个电子琴。利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。1.2 课程设计目的1、能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试和检查。2、熟悉AT89S52单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。3、为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相关软硬件。4、对软件编程，排错调试，相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。5、理解音乐产生的原理及单片机内部定时器的溢出中断编程方法。6、本次课程设计从硬件和软件两个方面入手，全面具体地掌握设计思路方法和过程，使理论与实际相结合，充分的锻炼了动手能力和思维扩展能力。 第2章 系统总体方案选择与说明2.1 系统方案综述从系统实现的功能上来看，电子琴的课程设计主要利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。从系统硬件结构上来看，我们主要使用到AT89S52单片机，复位电路，开关以及蜂鸣器等等。将这些硬件电路有机的结合起来使之满足电子琴的实现硬件需要。从音乐产生原理方面来看，通过控制单片机的定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音乐的声音。用软件延时来控制发音时间的长短。把音乐的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，分别来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲持续时间。因此，我们可以综合上述的方案设计原理，从软件和硬件两部分进行有计划有步骤的分析和设计。2.2 系统设计思路当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲输入到蜂鸣器后，就会发出相应的音调如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音调。这样，设计一个时钟方式的电路来产生11.0592HZ的振荡频率产生时钟脉冲，一个按键电平复位电路对AT89S52单片机进行复位，8个开关分别从P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4，P2.5，P2.6，P2.7输出，用于产生八个不同频率的音，一个蜂鸣器电路，从P3.3输出，如果蜂鸣器不能发出响声的话就在P3.3与蜂鸣器之间连接一个晶体管，采用共射放大电路来放大输出电压，驱动蜂鸣器响应（若蜂鸣器能发出响声，则不需要再连接一个放大电路，这样节省元器件业能避免电路发生故障），以此来设计硬件电路。第3章 系统方框图与工作原理3.1 系统硬件电路方框图及原理图硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择机型的基础上，具体确定系统中需要使用的元器件，设计出系统的方框图和原理图。 该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，单片机工作于12MHZ的时钟频率，使用其定时器/计数器T0，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号。该设计具有8个音阶，能发出8中不同的声音。AT89S52单片机复位电路键盘电路时钟电路基于单片机系统的电子琴电路原理图如下图所示3.2 工作原理音乐相关知识：乐音听起来有的高，有的低，这就叫音高，音高是由发音物体振动频率的高低决定的，频率高声音就高，频率低声音就低，不同音调的乐音是用、表示的，这个字母就是乐音的音名，它们一般依次唱成,这是唱曲时的发音，所以叫唱名。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示，休止符表示暂停发生。一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基本知识后可知，产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率的脉冲非常方便，可以利用它的定时计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。发声原理：利用定时计数器，通过载入不同的计数初值，产生频率不同的方波，输入到蜂鸣器（SOUNER）中，使其发出频率不同的声音。本设计中单片机晶振为1.0592MHz，通过计算各音阶频率，可得1、2、3、4、5、6、7、8共8个音应赋给定时器。在此基础上，可将乐曲的简谱转化为单片机可以“识别”的“数组谱”，进一步加入对音长、休止符等的控制量后，可以实现音乐的播放。实现原理：当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲输入到蜂鸣器后，就会发出相应的音调如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音调。第4章 各单元硬件设计说明由于51单片机实验、开发学习机的各功能模块已经设计好，在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。硬件电路由按键模块、蜂鸣器模块、复位电路和电源电路部分组成。1、单片机选用 根据设计方案的分析，可以选用带有的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。公司生产的AT89C系列单片机，系列与系列单片机相比，有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更方便；第二，提供了更下尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更下。他以较下的体积、良好的性能价格比备受亲睐。本次课程设计采用单片机。、其他附属模块的设计复位是单片机的初始化操作，其作用是使与系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。本系统采用上电与按键复位电路，为了防止干扰串扰复位端，所以再接一个去耦电容。时钟脉冲电路的设计可以两个电容与一个晶振即可，用来产生一个约等于的稳定的频率。中断按键电路，采用一个手动按键与一个瓷片电容并联与单片机的.相连。这里的瓷片电容是去抖动防止干扰设计的。当按下按键便可以给单片机一个外部信号供其查询中断。第章器件说明单片机片的晶振片电容片按键开关个电阻个蜂鸣器个其中，个的电容与.的晶振及的电阻组成时钟脉冲电路，、电阻、电容与一个按键开关组成复位电路，个按键开关组成键盘电路，蜂鸣器用于发出个不同频率的音频信号。第章系统软件设计.系统软件方案的设计进行应用软件设计时可采用模块化设计，其优点是：（）每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改；（）程序可读性好，对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不变，便于功能的扩充和版本的升级；（）对于使用频率的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用；（）便于分工合作，多个程序员同时进行程序的编写和修改调试工作，加快软件的研制进度。根据设计要求，首先确定软件设计方案，即确定该软件应该完成哪些功能；其次是规划这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是什么。其系统的软件设计的模块应该遵循下述原则：每个模块应具备独立的功能，能产生一个明确的结果。模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数是指模块进入和退出的条件及方式，数据参数是指模块间信息的交换方式、交换量的多少及交换的频繁程度。模块的长度适中。模块语句的长度要适中，模块太长，调试和分析会有难度；模块太短，信息交换太过于频繁，不利于模块功能的体现。.3系统应用程序设计 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP IT0P ORG 001BH LJMP IT1P ORG 0060HTAB:DB 0FCH,44H,0FCH,0ACH,0FDH,29H,0FDH,54H,0FDH,0A2H,0FDH,0E8H,0FEH,26H,0FFH,23HMAIN: CLR P3.3 MOV DPTR,#TABSCAN: MOV A,P2 ;键盘扫描程序 CJNE A,#0FFH,QUDOU ；无按键按下，继续扫描，有按键按下，跳去抖动程序 LJMP SCANQUDOU: MOV 40H,A ;去抖动程序 LCALL DELAY10 MOV A,P2 CJNE A,40H,SCAN MOV C,TR0 JNC KEY0 ；判断当前有无其他按键响应程序，有就先关计数器关中断再判别是哪个按键被按下 JC YOUJIAN YOUJIAN:CLR EA CLR TR0CLR TR1LJMP KEY0KEY0: MOV C,P2.0 ；按键判别程序 JC KEY1 MOV R0,#00H MOV R1,#01H LJMP PKEYKEY1: MOV C,P2.1 JC KEY2 MOV R0,#02H MOV R1,#03H LJMP PKEYKEY2:MOV C,P2.2 JC KEY3 MOV R0,#04H MOV R1,#05H LJMP PKEYKEY3:MOV C,P2.3 JC KEY4 MOV R0,#06H MOV R1,#07H LJMP PKEYKEY4:MOV C,P2.4 JC KEY5 MOV R0,#08H MOV R1,#09H LJMP PKEYKEY5:MOV C,P2.5 JC KEY6 MOV R0,#0AH MOV R1,#0BH LJMP PKEYKEY6:MOV C,P2.6 JC KEY7 MOV R0,#0CH MOV R1,#0DH LJMP PKEYKEY7: MOV R0,#0EH MOV R1,#0FHPKEY: MOV A,R0 ； 按键处理程序 MOVC A,A+DPTR MOV TH0,A ；T0通过查表赋初值 MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV TL0,A MOV TH1,#3CH MOV TL0,#0B0H ；T1赋初值 MOV R4,#08H SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB TR0 SETB TR1 LJMP SCANDELAY10:MOV R7,#50 ；延时10ms子程序DEL1:MOV R6,#123DEL2:DJNZ R6,DEL2 NOPDJNZ R7,DEL1RETIT0P: MOV A,R0 ；定时/计数器T0中断处理程序，定时输出一定频率的方波 MOVC A,A+DPTR MOV TH0,A MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR MOV TL0,A CPL P3.3 RETIIT1P: DJNZ R4,RETURN ；定时/计数器T1中断处理程序，定时每次蜂鸣器发声时间 CLR EA CLR TR0 CLR TR1RETURN: RETI END按键扫描程序（判断有无按键按下） 有按键按下，跳去抖动程序 无，继续扫描 抖动影响，继续扫描不是抖动影响，判别之前有无其他按键响应程序 有就先关计数器关中断，再判别是哪个按键被按下 没有，直接进入按键判别程序 执行相应按键处理程序 返回程序，继续扫描键盘，等待中断 第章电路仿真Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。该软件的特点：实现了单片机仿真和电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、动态仿真、调试器、调试器、键盘和系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（1） 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：系列、系列、系列、系列、系列、系列、系列以及各种外围芯片。（2） 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如等软件。（3） 具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和分析于一身的仿真软件，功能极其强大。载入程序，逐次按下个按键，可以发出中不同的音调，并且按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。第章设计总结两周的单片机课程设计对我受益匪浅，让我系统性地认识和全面地掌握了单片机技术，使我的汇编能力有了很大的提高和进步，让我对单片机外围及接口设备有了深入细致的了解。我们寻找有关的资料和搭档一起交流看法和讨论设计方案，进行设计的总体规划，理清课程设计思路。但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现预料不到的错误，这就需要我们在进行设计的过程中进行利用所掌握的只是认真排查错误原因，多方面的思考问题的关键不断地改正自己的设计不足之处和错误。硬件的焊接对后期的设计是否能成功实现是至关重要的。在焊接之前，我已掌握了一定的焊接技术，所以在焊接过程中没有出现虚焊情况，但要焊接出一块高质量的电板还需要在以后不断练习。课程设计是大三学习阶段一次非常难得的理论与实践相结合的机会，通过这次系统的项目设计提高了我运用所学的专业基础知识来解决面临实际问题的能力，同时，也提高了我查阅各种文献资料、设计手册、设计规范以及软件编程排版的水平。我们小组两人子啊这次电子琴的设计过程中，受益匪浅。通过对自己在大学三年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解和对课程设计的思考及书面表达能力，最终完成了这项设计。这次课程设计为我们今后进一步深化学习，积累了一定的宝贵经验。撰写报告的过程也是专业知识的学习的过程，运用已有的专