单片机简易电子琴设计

1、单片机课程设计（2010届本科）题 目： 可演奏电子琴 系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 指导教师： 完成日期： 2013 年 12 月 10 日二一三年十二月目录摘要.1 一、引言.21.1目的和意义.21.2系统主要研究.2 1.3主要芯片简介.2二、系统分析.,.32.1 系统组成.32.2 系统板硬件连线.32.3 8051芯片简介.5 2.4程序流程图. . 6 三、系统使用说明.7 3.1系统安装及配置说明.73.1.1系统运行环境.7 3.1.2系统安装及配置.7 3.2 系统操作说明.7四、结论.7参考文献.8附件：参考程序.9摘

2、60;要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，具有一定的实用和参考价值，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。本文主要是熟悉单片机的功能，设计简易电子琴，由于电子琴要发出不同的音阶，我们利用不同频率模拟不同的音阶。进行

3、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】：电子琴 单片机 AT89C511 引言1.1 目的和意义单片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

4、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7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

5、盘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。1.2 本系统主要研究内容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） 独立连接式键盘识别。（2）不同频率音符播放。可以通过按键控制7种发音。1.3 主要芯片简介 AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内

6、集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。    AT89S51具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1-2所示），4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，

7、而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。2 系统分析2.1 系统组成本系统只要以51单片机为主控核心，与独立连接式键盘、扬声器、LED显示管模块一起组合而成。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时钟频率，使用其定时/计数器，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7个音节的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。扬声器 按键单片机AT89C51LED显示电路 图2-1 系统结构图2.2 系统板

8、硬件连线1.把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到扬声器上，扬声器另一输入端接地； 2.把“单片机系统“区域中的P1.3P1.6，P3.5，P3.7端口用8芯排线连接到键盘端口上；3.把“单片机系统”区域中的P2.0P2.3端口用8芯排线连接到四路静态数码显示模块4. 乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同的频率的脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。 (1)单片机产生不同频率脉冲信号的原理：要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的

9、I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。(2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下：例如，频率为523Hz，其周期1/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。其计数初值T=65536-956=64580,只要把TH0设置成FCH，把TL0设置成44H就可产生Do音符频率Hz简谱码DO52364580RE58764684ME65964777FA69864820SO78464898

10、LA88064968SI988640302.3 8051芯片简介MCS-51系列单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装，各引脚功能说明如下： Vcc（40脚）：接+5V电源正端。 Vss（20脚）：接+5V电源地端。 P0口（3932）：P0口为8位漏极开路双向I/O口，每引脚可吸收8个TTL门电流；P1口（18）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流；P2口（2128）：P2口为内部上拉电阻器的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流；P3口（1017）：P3口是8个带内部上拉电阻器的

11、双向I/O口，可接收和输出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口；   XTAL1（19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚地； ；  XTAL2（18）：外接晶体的一个引脚，来自反向振荡器的输出 RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间；ALE/PROG（30）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/

12、6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1个ALE脉冲； PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的PSEN信号将不出现； EA/VPP（31）：当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000HFFFFH）不管是否有内部程序存储器。FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源； 2.4程序流程图开始 根据键号查音频表等待、识别按键         &#

13、160;                    将频率对应的计算值送入定时器  启动定时器 显示按键号 按键放开？是关闭定时器3 系统使用说明3.1 系统安装及配置说明3.1.1系统运行环境WINDOWS XP PROTEUS 7.1 SP2 Keil uv3 2.123.1.2系统安装及配置安装Protues 和keil uVsision3。3.2 系统操作说明 （

14、1）Keil下编译，产生目标HEX文件，Proteus下Programme Files选择产生的HEX文件，点击运行开始模拟。（2）开启本系统，数码管显示“0”。（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。4 结论通过这次课程设计，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。经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放对应的音符。但由于仿真系统原因，本设计音频效果不是很好。不足之处有：1.可弹奏的音符数较少，只能在一定范围内满足用户需要。可通过改进键盘识别模块和发生模块来增加其复

15、杂度2.音量不可调。我的综合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。基本掌握了Protel99SE原理图的方法，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，键盘等。并且我学会了分析问题解决问题的能力，加深了对所学理论知识的理解和运用。我的动手能力得到了很大的提高，创新意识得到了锻炼。参考文献1 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.电子工业出版社.2009年2 吴运昌模拟电

16、子线路基础广州：华南理工大学出版社，2004年3 阎石数字电子技术基础北京：高等教育出版社，1997年4 张晓丽等数据结构与算法北京：机械工业出版社，2002年5 马忠梅等 ARM&Linux嵌入式系统教程北京：北京航空航天大学出版社，2004年6 李建忠单片机原理及应用西安：西安电子科技大学，2002年7 韩志军等.单片机应用系统设计M.机械工业出版社，20048 周润景等. Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例M.电子工业出版社，20069 马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社，200610 刘树中，孙书膺，王春平.单片机和液晶显

17、示驱动器串行接口的实现J.微计算机信息，2007附件：参考程序ORG 0000HJMP STARTORG 000BHCPL P1.0MOV TH0,R2MOV TL0,R3RETIorg 001bhINC 20hMOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HRETIORG 0030HSTART:MOV P2,#00HMOV SP,#05FHMOV TMOD,#11HSETB ET0SETB EASETB ET1MOV 20h,#00H;TEST:CLR P1.6jNB P3.5,B1jNB P3.7,B5SETB P1.6CLR P1.5JNB P3.5,B2JNB P3.7,B6SETB

18、 P1.5CLR P1.4JNB P3.5,B3JNB P3.7,B7SETB P1.4CLR P1.3JNB P3.5,B4SETB P1.3JMP TEST;B1: MOV DPTR,#Y1JMP MUSICB5: MOV DPTR,#Y5JMP MUSICB2:MOV DPTR,#Y2JMP MUSICB6:MOV DPTR,#Y6JMP MUSICB3:MOV DPTR,#Y3JMP MUSICB7:MOV DPTR,#Y7JMP MUSICB4:MOV DPTR,#Y4JMP MUSICMUSIC:MOV 20h,#00HCLR AMOVC A,A+DPTRMOV R0,AJMP TAN_ZOUTAN_ZOU:LCALL QYFSETB TR0SETB TR1AAA:MOV P2,R0MOV A,#0AHCJNE A,20h,AAAMOV 20h,#00HJNB P3.5,AAAJNB P3.7,AAACLR TR0CLR TR1JMP TEST;QYF:PUSH