简易电子琴课程设计报告

1、课程设计报告课程设计报告课程名称： 单片机课程设计 题 目： 简易电子琴 学 院： 物理与电子信息学院 专 业： 电子科学与技术 班 级： 12 电子 学 号： 120803020 学生姓名： 李焘 指导老师： 刘小燕 - 1 -摘要摘要单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等的优点，故广泛应用于国民经济的各个领域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。单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细

2、研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。AT89C51 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器,使用经典的 MCS-51 内核。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89C51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。单片机又称微控制器，其中最基本的结构是将 CPU 和计算机外围功能单元，如储存器、I/O 口、定时

3、器/计数器、中断系统等集成在一个芯片上构成的。 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延时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。本设计采用 AT89C52 芯片组成的最小系统，结合四位共阴数码管，八位独立按键，以及一位无源蜂鸣器构成的简易电子琴。通过软件设置，使系统达到，按下控制按键，蜂鸣器发出 Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H，八个简单的音调，同时数码管显示相应按键的标号，达到简易电子琴系统

4、功能的实现。- 1 -目目 录录一、设计任务、要求一、设计任务、要求.- 1 -1.1、设计任务：、设计任务：.- 1 -1.21.2、设计要求：、设计要求：.- 1 -二、方案总体设计二、方案总体设计.- 1 -2.12.1、显示模块、显示模块.- 1 -2.22.2、按键模块、按键模块.- 1 -2.32.3、蜂鸣器音阶产生模块、蜂鸣器音阶产生模块.- 1 -2.42.4、总体设计：、总体设计：.- 2 -三、三、 硬件设计硬件设计.- 2 -3.13.1、最小系统、最小系统.- 2 -3.1.1、时钟信号的产生.- 2 -3.1.2、复位电路.- 3 -3.23.2、数码管显示模块、数码

5、管显示模块.- 3 -3.2.1、数码管引脚图.- 3 -3.2.2、数码管连线电路.- 4 - 2 -3.33.3、矩阵键盘、矩阵键盘.- 4 -3.43.4、蜂鸣器电路、蜂鸣器电路.- 5 -3.53.5、整体电路、整体电路.- 5 -四、四、 程序流程图程序流程图.- 6 -五、系统仿真与调试五、系统仿真与调试.- 7 -5.1、仿真软件简介、仿真软件简介.- 7 -5.25.2、调试与仿真过程图、调试与仿真过程图.- 7 -5.35.3、实物图、实物图.- 8 -5.45.4、使用说明、使用说明.- 10 -六、总结、心得体会六、总结、心得体会.- 12 -七、七、 参考文献参考文献.

6、- 13 - 3 -一、设计任务、要求一、设计任务、要求1.1、设计任务：、设计任务：利用 51 单片机最小系统，共阴数码管，无源蜂鸣器以及独立按键，设计实现可发出八个基本音阶的简易电子琴系统。1.21.2、设计要求：、设计要求：1、蜂鸣器可发出八个简单音阶。2、八位独立按键分别控制不同的音阶产生。3、四位数码管依据所按按键，在不同的数码管上显示不同的数字。4、通过按键实现系统复位。二、方案总体设计二、方案总体设计本次设计简易电子琴，通过 AT89C52 芯片最小系统控制电路，以八位独立按键控制，蜂鸣器产生八个不同的音阶，四位共阴数码管显示不同的数字，独立按键控制复位。将不同模块结合起来，实现

7、简易电子琴的设计。2.12.1、显示模块、显示模块本设计采用四位数码管显示，每位数码管分别由八位发光二极管组成。数码管可分为共阴和共阳两种，通过不同的位选操作驱动不同的数码管显示，再通过不同的段选点亮不同的发光二极管，达到显示不同数字的功能。2.22.2、按键模块、按键模块八位独立按键，通过 P2 口控制音阶的产生和数码管显示，按下响应的键产生设定的声音点亮对应的数码管。2.32.3、蜂鸣器音阶产生模块、蜂鸣器音阶产生模块蜂鸣器可分为两种，分别为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器注意，这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如

8、果用直流信号无法令其鸣叫。必须用 2K5K 的方波去驱动它有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。 无源蜂鸣器的优点是： 1。便宜 2。声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果 3。在一些特例中，可以和 LED 复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便乐曲中不同的音符，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- 4 -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，利用定时器或延时函数计时这个半周期的时间，每当

9、计时到后就将输出脉冲的 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。例如：要产生 1KHZ 的频率，则半周期为 0.5ms，则 P35 所送出的信号中，0.5ms 为高电平，0.5ms 为低电平。若 0.5ms 高电平与 0.5ms 为低电平为一组信号（总共 1ms） ，连续送出 100 组，则可得到 1KHZ 的声音约 0.1s:停止输出 0.1s 之后，在连续送出 100 组高低电平，则可听到“哔，哔”两声。通过改变频率，控制产生不同的方波，就可以产生不同的音阶。使用无源蜂鸣器，通过内部程序延时产生不同频率的方波，使蜂鸣器产生八个基本

10、的音阶 Do，Re，Mi，Fa，So，La，Si，Do-H。l 按键与参数的对照表按键音阶参数S1中音 Do115S2中音 Re102S3中音 Mi91S4中音 Fa86S5中音 So77S6中音 La68S7中音 Si61S8高音 Do57 图 2-1 音阶参数对应图2.42.4、总体设计、总体设计：设计总体框架图如图 2-1 所示。 图 2-2 总体框架图- 5 -3 3、硬件设计硬件设计 3.13.1、最小系统、最小系统3.1.13.1.1、时钟信号的产生、时钟信号的产生89C52 芯片内部有一个高增益法相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为 XTAL2，两端

11、跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自己振荡器，电路如图 3-1 所示。图图 3-13-1晶振电路晶振电路3.1.23.1.2、复位电路、复位电路复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式，本设计采用按键电平复位，结构如图 3-2 所示。图图 3-23-2复位电路复位电路- 6 -3.23.2、数码管显示模块、数码管显示模块3.2.13.2.1、数码管引脚图、数码管引脚图图图 3-33-3四位八段共阴极数码管四位八段共阴极数码管3.2.23.2.2、数码管连线电路、数码管连线电路本设计中是用 P1 口低四位接 1k 的电阻控制数码管的位选，用 P0 口接 1k 的上拉排阻控制数码管的段选。

12、连线电路图：图图 3-43-4数码管连线电路图数码管连线电路图- 7 -3.33.3、矩阵键盘、矩阵键盘本设计采用八位独立按键，通过 P2 口控制，按键序号及接线图如下图所示：图图 3-53-5独立键盘连线电路图独立键盘连线电路图3.43.4、蜂鸣器电路、蜂鸣器电路本课程设计使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器，通过程序控制产生不同频率的方波送给蜂鸣器，驱动蜂鸣器蜂鸣器发出相应频率的声音，驱动电路如下图所示：- 8 -图图 3-63-6蜂鸣器连线电路图蜂鸣器连线电路图3.53.5、整体电路、整体电路 图 3-7 整体电路图 图 3-8 PCB 电路图4 4、程序流程图程序流程图程序流程图如 4-1 所示

13、- 9 - 图 4-1 程序流程图五、系统仿真与调试五、系统仿真与调试5.1、仿真软件简介、仿真软件简介本次设计使用 Proteus ISIS 仿真软件进行调试。P r o t e u s I S I S 是英国 L a b c e n t e r 公司开发的电路设计、分析与仿真软件，功能极其强大。该软件的主要特点是： 集原理图设计、仿真分析（I S I S) 和印刷电路板设计（A R E S) 于一身。可以完成从绘制原理图、仿真分析到生成印刷电路板图的整个硬件开发过程。 提供几千种电子元件（分立元件和集成电路、模拟和数字电路）的电路符号、仿真模型和外形封装。 支持大多数单片机系统以及各种外围

14、芯片（R S 2 3 2 动态仿真、I 2 C 调试器、S P I 调试器、键盘和 L C D 系统仿真等）的仿真。 提供各种虚拟仪器，如各种测量仪表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。过去需要昂贵的电子仪器设备、繁多的电子元件才能完成的电子电路、单片机等实验，5.25.2、调试与仿真过程图、调试与仿真过程图- 10 -XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P

15、1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C230pFC330pFX1C110uR11kR2100234567891RP1RESPACK-8Q1PNPR810kR910kR1010kLS1SPEAKER XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD

16、039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C230pFC330pFX1C110uR11

17、kR2100234567891RP1RESPACK-8Q1PNPR810kR910kR1010kLS1SPEAKER 图 5-1 仿真调试图5.45.4、使用说明、使用说明按键分布图蜂鸣器模块- 11 -图 5-5 按键分布按下 0 号键，蜂鸣器发出 Do 的音阶，第一位数码管显示 0；按下 1 号键，蜂鸣器发出 Re 的音阶，第二位数码管显示 1；按下 2 号键，蜂鸣器发出 Mi 的音阶，第三位数码管显示 2；按下 3 号键，蜂鸣器发出 Fa 的音阶，第四位数码管显示 3；按下 4 号键，蜂鸣器发出 So 的音阶，第一位数码管显示 4；按按下 5 号键，蜂鸣器发出 La 的音阶，第二位数码管

18、显示 5；按下 6 号键，蜂鸣器发出 Si 的音阶，第三位数码管显示 6；按下 7 号键，蜂鸣器发出 Do-H 的音阶，第一位数码管显示 7.六、总结、心得体会六、总结、心得体会在这次课程设计中，由刚开始时的手足无措不知从何下手，到过程中电路设计，程序编写，调试模拟，腐蚀电路板，做出实物，实物调试。一步一步收获了很多。刚开始的几天，面对要把课本上的单片机做出实物，并且实现一定的功能就让动手实践能力不佳的我很犯难。尤其是在选择课题上，怕选的太难实现不了功能，选的太简单没有挑战性，但是最终还是选择了简易电子琴这个设计课题。选定课题后，第一步各种查资料，查音阶的产生原理，数码管的引脚分布，蜂鸣器的发

19、声原理等等。画电路板找元件到生成 PCB 板，调节各个元件的位置，选择封装形式，处理飞线等等。最开始 PCB 的图就做了三次，选错封装，飞线太多，一步一步慢慢学着让自己的板子看起来更合理。收获了很多但是最后还是由于粗心忘记加电源和底线的孔。程序的编写可能是这次课设中对我来说最具挑战性的环节了，程序的编写不但需要一定的 c 语言的基础还需要把单片机的各种功能和引脚知识结合起来，程序的编写刚开始是错误加警- 12 -告满篇，查资料问同学，一步一步改。先是模仿书上的程序调试，然后是查资料。把课设的功能分为好几个模块，一个模块一个模块的通过编程实现，然后相互加在一起通过一定的逻辑实现了最后的功能。当然

20、调试中，也遇到了很多的麻烦，按键不能起到控制作用，数码管亮度太低，引脚底座被焊坏，用万用表一条条的查线路，查引脚，按键，直到最后功能的全部实现。这次课设真的让我收获很多，从硬件到软件，没有经验欠缺很多知识，虽然这个简易电子琴真的不难，但是从设计构想到实物的功能实现，还是花费了不少心血。做设计不但要有丰厚的知识做后盾，还要细心耐心，有很好的动手能力，才能取得最后成功。而我在这些方面还差的很多，这次课设在让我锻炼和收获的同时，也让我明白了自己还有很多的东西要学要做。最后感谢课设过程中给予我帮助的老师和同学。7 7、参考文献参考文献【1】李朝青 单片机原理及接口技术 北京航天大学出版社【2】杨长兴

21、C+程序设计 中国铁道出版社【3】张义和 例说 51 单片机 人民邮电出版社 八八, ,源程序源程序/*- 简易电子琴-*/#include /#define Duanxuan P0#define Weixuan P1#define SW_Port P2sbit buzzer=P35;unsigned char keys;/*声明音阶数组 Do Re Mi Fa So la Si Do_H*/unsigned char code tone8=115,102,91,86,77,68,61,57;unsigned char code TAB8=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07;unsigned char code CAB8=0 xfe,0 x