电子琴论文.doc

简易电子琴 所在院系：电控学院 作 者 ：曾伟 刘晨光 吴钰驰 2013-7-19简易电子琴的设计与制作摘 要随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。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，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。关键词：电子琴；单片机；激光1 引 言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，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S51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。 本文主要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。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。本系统是简易电子琴的设计，按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放器对应的音符。通过设计本系统可了解单片机的基本功能。对单片机的了解有一个小的飞跃。2.方案设计与论证2.1总体方案描述 整个系统主要由51单片机，激光传感器，及扬声器组成。由激光传感器实现按键的功能。51单片机通过识别不同的按键，来实现让扬声器实现不同的音调。2.2微处理器51单片机功能强大，性能日趋完善，在工业测控、智能仪器仪表、机电一体化产品、家电领域中应用广泛，因此基于51单片机设计简易的电子琴可行性非常大。2.3按键模块方案一：可以使用红外发射与接收二极管 方案二：可以使用激光传感器考虑到红外线没有激光集中，怕按某个键时，会影响到周围其他的键，所以选择方案一。2.4声音模块扬声器发音效果比较好，几乎没有杂音，而且受外界干扰小。所以用扬声器。一首美妙的音乐是许多不同的音节组成的，而每个音节对应不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，来构成我们想要的音乐了。当然，对于单片机来产生不同的频率就比较方便。我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样的方波信号。3.系统硬件，软件的实现。3.1 硬件的实现3.1.1微处理器AT89C2051只有20个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是完整的8位双向I/O口，两个外中断，2个16位可编程定时/计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器3.1.1.1模式控制寄存器TMOD：TMOD用于控制T0和T1的工作方式和4种工作模式。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下：GATE C/T非 M1 M0GATEC/T非 M1 M0GATE位：门控位。当GATE=1时，只有INTO非或INT1非引脚为高电平且TR0或TR1置1时，相应的定时/计数器才被选通工作；当GATE=0，则只要TR0和TR1置1，定时/计数器就被选通，而不管INT0非或INT1非的电平是高还是低C/T非位：计数/定时功能选择位。C/T非=0，设置为定时器方式，计数器的输入是内部时钟脉冲，其周期等于机器周期。C/T非=1，设置为计数器方式，计数器的输入来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲。M1、M0位：工作模式选择位。2位可形成4中编码，对应4种工作模式，见下表：M1 M0功 能 描 述00 方式0：13位定时器/计数器 01方式1：16位定时器/计数器 10方式2：具有自动重装初值的8位定时器/计数器 11方式3：定时/计数器0分为两个8位定时/计数器，定时/计数器1在此方式无实用意义3.1.1.2 控制寄存器TCON：TCON用来控制T0和T1的启、停，并给出相应的控制状态，高4位用于控制定时器0、1的运行；低4位用于控制外部中断。格式如下：TF1 TR1 TF0 TR0 IE1IT1IE0 IT0TF1：定时器1溢出标志。当定时器1溢出时，由硬件置1。使用查询方式时，此位做状态位供查询，查询有效后需由软件清零；使用中断方式时，此位做中断申请标志，进入中断服务后被硬件自动清零。TR1位：定时器1运行控制位。该位靠软件置位或清零，置位时，定时/计数器接通工作，清零时，停止工作。TF0位：定时器溢出标志位，其功能和操作情况类同于TF1。TR0位：定时器0运行控制位，其功能和操作类同于TR1。IE位：外部中断请求标志位。当CPU采样到INT0非（或INT1非）端出现有效中断请求时，IE0（或IE1）由硬件置1，中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清零。IT位：外部中断请求出发方式位。IT0（IT1）=1为脉冲触发方式，后负跳有效。IT0（IT1）=0为电平触发方式，低电平有效。3.1.1.3定时/计数器的初始化AT89C2051单片机的定时/计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用程序进行初始化。初始化一般应包括以下几个步骤：（1） 对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的工作模式；（2） 置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1；（3） 根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断；（4） 对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时.3.1.2 激光传感器 激光传感器分为激光发射管和激光发射接收管两部分。如图所示当激光接收管在没有接收到发射管发射出来的激光时，输出端输出的是高电平，若接收到，则为低电平。我们可以通过这个特性，来判断是哪个键按下去了。如果直接用IO口来驱动激光，会发现机关比较暗，那是由于电流不够，所以我们用了反向器。这样可以实际光亮一点。它的内部电路如图所示：3.1.3 扬声器及其原理想要让扬声器发出不同的音调，就得给它不同的频率。通过查资料，可以得知：音阶1234567!频率440493.88554.37587.33659.26739099830.61计数初值6458064684647776482064898649686503065085音频放大电路3.2软件的实现 主流程图开始系统初始化判断是否有哪个键按下？发出对应的音调电源AT89C52MCU通过激光传感器选择音符时钟电路复位电路放大驱动电路 1 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉，8051单片机实践与应用M清华大学出版社，20012 赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例M.北京:人民邮电出版社,2003. 3 陈明荧8051单片机课程设计实训教材M北京：清华大学出版社，2003年9月4 徐新艳单片机原理、应用与实践M北京：高等教育出版社，2005年3月5 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉8051单片机实践与应用M第一版北京：清华大学出版社，2002年 利用AT89C51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523Hz，其周期T1/5231912s，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（523Hz）。 计数脉冲值与频率的关系式(如式2-1所示)是： Nfi2fr 2-1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。