单片机课程设计虚拟电子琴

1、单片机课程设计题目：模拟电子琴设计 学院：电气工程学院 班级 姓名： 学号： 指导教师： 教师职称： 电气工程学院课程设计任务书课程名称： “单片机原理及应用数字信号处理”课程设计 基层教学单位： 指导教师： 学号学生姓名（专业）班级设计题目虚拟电子琴设计设计技术参数(a) 利用Matlab设计基于虚拟琴键的信号发生器。(b) 基于单片机对按键输入操作的识别，通过串口发送请求指令给上位机，启动相应琴键发声。在发出不同琴键声音的同时，同时控制单片机系统的LED显示琴键音节数字及波形参数(如幅度、频率等)。(c) 扩展：也可编制程序自动生成一节旋律，或进行组合和弦声音输出。设计要求要求至少输出7个

2、音符的信号并实现相应信号的频谱分析，对比不同信号的时域波形和频谱特性。其中可调参数包括幅值、相位、频率、采样频率等。设计软件分析界面。工作量软件编程与硬件调试相结合，绘制设计流程图，编制相应软件界面，实现单片机控制与信号处理任务的综合应用参考资料1）微型计算机控制系统 赖寿宏，机械工业出版社（教材）2）单片机及应用李大友，高等教育出版社（教材）3）信号处理原理及应用 谢平 等 机械工业出版社（教材）4)Matlab程序设计及其在信号处理中的应用聂祥飞等 西南交通大学出版社5）自选其他有关资料周次第一周第二周应完成内容熟悉伟福单片机编程环境，调试单片机各基本功能模块；熟悉matlab信号处理工具

3、箱，信号处理系统基本功能模块学习和调试单片机系统与信号处理系统综合进行硬件调试，撰写课程设计报告指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式四份，系、指导教师、学生各一份，报送院教务科一份 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位： 自动化仪表系学 号学生姓名 专业（班级）设计题目 语音合成器的设计及实现 虚拟电子琴 设 采样频率 fs=16 000Hz录音时间 t=1s 设计要求综合运用本课程的理论知识进行语音信号的采集和语音合成软件的设计，并利用MATLAB作为工具实现语对语音信号进行频谱分析和主频提取，进行语音

4、合成。工作量 两周的课程设计时间，独立完成了一份课程设计报告书，包括设计的基本原理、设计思路与设计的基本思想、设计体会以及相关的程序代码和软件界面的设计。 工作计划第1-2天 根据任务书及设计题目的要求查阅相关资料文献，确定总体设计思路 第3-4天 具体的分析设计题目，理解原理同时寻求相关的实现算法第5-8天 编写程序代码，并上机进行调试第9天 整理思路，书写课程设计报告书，完成答辩参考资料1信号处理原理及应用 谢平 林洪彬 王娜编著 机械工业出版社2 Matlab 通信仿真与应用 刘敏 魏玲编著 国防工业出版社3基于Matlab7.x 的系统分析与设计 楼顺天等编著 西安电子科技大学4基于声

5、卡和MATLAB 的语音信号采集和处理 陈宇锋编著 中国现代教育装备5数字信号处理 孙洪等译 电子工业出版社指导教师签字 基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 目录第一章 摘要 引言.5第二章 设计方案及原理.6第3章 各硬件模块设计.93.1 蜂鸣器模块.93.2八段数码管显示模块.93.3 16*16点阵模块.103.4 串行口模块.10第四章 模块连接与功能调试.11第五章 完整程序与解析.14第六章 心得体会.16参考文献 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

6、，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。我们对于电子琴如何实现其功能，如声音强弱控制、节拍器、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MCS51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7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引言 单片

7、微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，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。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MCS51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

8、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。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弄正确即可。关键字：51单片机，伟福仿真，lab6000第2章 设计方案及原理1. 硬件基础 虚拟电子琴系统设计所需芯

9、片，硬件都已集成于LAB6000实验箱上。80C51单片机，蜂鸣器模块，16*16LED点阵显示模块，LED八段数码管显示模块。由伟福仿真软件，用80C51C语言编程实现蜂鸣器发出7种不同频率脉冲的音调，同时LED八段数码管显示1-7中相应数字，16*16LED点阵显示“哆”“唻”“咪” “發”“唆”“啦”“唏”中相应字符。2.设计方案根据课程设计任务书要求，设计7个音符信号，利用matlab设计对应7个虚拟琴键，没按下一次琴键，通过串口通讯技术，对单片机传送，单片机对接收到的信号进行识别，启动蜂鸣器发出相应频率的音调，同时控制LED显示琴键音节数字和16*16LED点阵显示琴键音节字符。扩展

10、部分：编制一段简单旋律自动输出。 控制过程图示音频功放电路单片机虚拟界面Led显示数字蜂鸣器响音阶蜂鸣器响一段旋律点阵图显示发音汉字开始初始化定时器和串行口地址检查串口是否有输入串口有从上位机输入输入信号检查（1-7或music）点阵显示对应汉字蜂鸣器发出对应音阶音八段数码管显示对应数字第3章 各硬件模块设计3.1 蜂鸣器模块上图为蜂鸣器与8255模块连接图。程序通过控制8255，使定时器0产生脉冲信号，只要信号频率为一已知的7个音阶的频率，发出一百个脉冲，即可听到清晰的1-7音从喇叭发出。硬件连线如上图右下角所示，其中，KEY/LED_CS为键盘输入口，由于本课程设计是用matlab设计虚拟

11、键盘，所以此口用不到，其余连线同上图。关于KEY/LED_CS口下面的LED八段数码管显示还要用到。下文中关于键盘的描述均在本课设中由matlab虚拟键盘替代，不过为了叙述方便，在此依然用键盘代替，下文不再赘述。 设计方案中设计了七个虚拟琴键，对应的频率值为440Hz，494Hz，554Hz，587Hz，659Hz，740Hz，831Hz。3.2八段数码管显示模块八段数码管显示电路如图所示。接收信号后，片选入口给八段数码管信号，八段数码管识别实现静态显示。3.3 16*16点阵模块16*16点阵通过16个行驱动和16个列驱动，共256个发光管。动态驱动，每次显示一行。将哆、唻、咪、發、唆、啦、

12、唏七个字的字模定义进程序里即可实现点阵显示这七个字。3.4 串行口模块串行口连接如图所示。在硬件箱上，将芯片RXD、TXD分别与串口RXD、TXD连接，即可实现串口通道联通。第4章 模块连接与功能调试硬件接口连线如下表所示。芯片RXD串口RXD芯片TXD串口TXD8255_CSCS0KEY/LED_CSCS116*16_CSCS3PA0喇叭脉冲输入功能实现电路图功能显示流程图控制界面键入1 Led显示1，蜂鸣器发出do，点阵显示哆 -控制界面键入2Led显示2，蜂鸣器发出ruan，点阵显示嘫-控制界面键入3Led显示3，蜂鸣器发出mi，点阵显示咪Led显示4，蜂鸣器发出fa，点阵显示發控制界面

13、键入4Led显示5，蜂鸣器发出sao，点阵显示唆控制界面键入5Led显示6，蜂鸣器发出la，点阵显示啦控制界面键入6Led显示7，蜂鸣器发出xi，点阵显示唏控制界面键入7响一段一闪一闪亮晶晶的旋律，点阵依次显示音阶字键入music第5章 程序解析 程序分块解析关于串行口模块的主要程序，void SerialIO0() interrupt 4 if(RI) RI = 0; /RI接收结束置1 RcvBuf = SBUF; HasRcv = 1; else TI = 0; /TI发送结束置1 从上行机发送来的数据在串行口与单片机接触，RI判断接收，结束置1.。将接收到的数据给接收缓冲，同时方式位置

14、1，表示数据接收完成，给单片机模块的信号发出。如主程序中的while (! HasRcv) ; LEDBuf5 = LEDMAPRcvBuf & 0x0f; HasRcv=0; Key = RcvBuf ;即由串行口定义的HasRcv与RcvBuf控制。串行口起上下通信作用。关于声音控制模块的主要程序：code unsigned int ToneTable7 = 64578, 64686, 64778, 64821, 64898, 64968, 65029;unsigned char PulseCNT;unsigned char Pulse;unsigned ToneHigh, ToneLow

15、;void Timer() interrupt 1 TR0 = 0; TH0 = ToneHigh; TL0 = ToneLow; TR0 = 1; Speaker = Pulse; Pulse +; PulseCNT-; if ( (Key = 1) & (Key 8; ToneLow = ToneTableKey-1 & 0xff; TH0 = ToneHigh; TL0 = ToneLow; TR0 = 1;此段定义了音阶频率初值表，并定义定时器0工作中断，而后通过判断串行口传输过来的数据（在0到7之间，否则定时器不工作），进行启动定时器0中断（interrupt 1），发出不同频率的一

16、百个脉冲，在喇叭发出清晰稳定的1-7某个对应频率音阶的声音。关于LED八段数码管和16*16点阵的主要程序： while (! HasRcv) ; LEDBuf5 = LEDMAPRcvBuf & 0x0f; HasRcv=0; Key = RcvBuf ; DisplayLED(); j= RcvBuf-1; for(count =0; count 50; count +) bitmask = 0x01; for(i=0;i 8; bitmask = 1; /移位,指向下一行 delay1(1); ColLow = 0xff; ColHigh = 0xff; 在此之前，已经定义了点阵和LED

17、八段数码管的地址以及显示。在此，先判定串行口缓冲和标志位，确定是否接收到来自上行机的信号以及信号的内容；判断完毕内容后，将RcvBuf赋给Key，而后清零标志位，启动LED八段数码管与16*16点阵显示。数码管显示信号，点阵扫描16行实现动态显示。六 心得体会通过这十天的单片机课程设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。首先在课程设计刚开始的调研阶段，我学会了怎么通过各种方式查询相关的资料。通过对这些资料的学习，我大致了解了单片机的发展现状以及未来的发展趋势，认识到目前单片机方面的各种各样的发展，和它们之间的竞争。了解了单片机方面的先进技术，这些都为我的未来的学习指明了方向。我的课程设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能力都获得了提高。首先硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。并设计了一个单片机最小系统。通过开发板的设计和硬件搭建的过程，使我对51系单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路引脚和连接方法，如LED数码管，点阵数码管等。在软件方面，通过串行口调试工具的开发，使我加深了对累封装的理解，熟悉了51系列单片机内部的寄存器和编程规则，以及如何控制外围电路。