基于单片机的简单电子琴设计

1、单片机原理与应用课程设计报告基于单片机的简易电子琴设计专业：学号：姓名：2015-12-25一、课题名称基于单片机的简易电子琴设计二、任务要求1、4x4键盘矩阵识别，即矩阵扫描，显示当前的音符。2、不同频率音符播放，可以通过按键控制16种发音。三、任务分析1、以AT89C51单片机为核心控制元件，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。2、从电路原理图，主要芯片、模块原理及各模块的程序等方面入手设计。3、效果按下键盘矩阵中的按键会是数码管显示当前按键，扬声器播放对应的音符。四、设计方案1、硬件方案本系统只要以51单片机为主控核心，与矩阵键盘、扬声器、LED显

2、示管模块一起组合而成。具体如下：表1.简易电子琴硬件方案数码管单片机矩阵键盘扬声器2、软件方案仿真使用Proteus软件，可以将电子琴仿真实验形象化，帮助我们学习。仿真原理图一共分为四个部分，AT89C51单片机及其复位电路、时钟电路部分，4x4矩阵键盘部分，LED显示管部分，扬声器部分。所需元器件有：AT89C51（51单片机），7SEG-COM-AN-BLUE（蓝色7段数码管）BUTTON（按键）,CAP（电容）,CRYSTAL（晶振）,MINELECT100U10V（电解电容）RESPACK-8(有公共端电阻排)，RT0805FRE071KL(电阻)，SOUNDER(扬声器)五、具体实现

3、1、硬件电路图及工作原理描述 本系统由键盘矩阵、LED显示管、扬声器这几个部分组成，LED显示管显示当前按键，扬声器发出对应音符。硬件总体设计图如下：图1.硬件总体原理图LED显示模块如图所示，利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0P0.7连接到一个七段数码管的ah的笔段上，数码管的公共端接电源。图2.LED显示模块矩阵扫描显示当前按键模块如下：图3.矩阵扫描模块矩阵扫描扬声器发出对应音符模块如下：图4.扬声器模块单片机时钟电路，复位电路如下：图5.时钟电路、复位电路2、软件流程图及对应实现程序本系统的软件流程图如下： 表2.软件总体流程图开始模块初始化发送扫描码有键按下 否扫描键盘矩阵

4、 是停止播放显示按键启动定时器根据KEY发音延时结束 七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的极管的接线形式，可分成共阴极型和共阳极型。 LED数码管的ga七个发光二极管因加零电压而发亮，因加正电压而不以发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码。本系统按键显示模块软件流程图如下： 表3.按键模块软件流程图开始模块初始化有键按下 是 扫描键盘矩阵 否显示按键结束 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

5、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正确即可。 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是：Nfi÷2÷fr 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。其计数初值T的求法如下：T65536N655

6、36fi÷2÷fr例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。T65536N65536fi÷2÷fr655361000000÷2÷fr65536500000/fr低音DO的T65536500000/26263627中音DO的T65536500000/52364580高音DO的T65536500000/104665059本系统按键发出对应音符模块软件流程图如下： 表4.扬声器模块流程图开始模块初始化有键按下 是扫描键盘矩阵 否启动定时器根据KEY发音结束Keil

7、软件程序：#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar temp,num;uint x,y;sbit bell=P30;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff, ;uint code yy=64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968

8、,65030,65058,65110,65157,65178, ;void delay(uint z)for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void timer0() interrupt 1 TH0=yynum/256;TL0=yynum%256;bell=bell;void display(num) P0=tablenum; void keyscan()P1=0xfe;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)t

9、emp=P1;switch(temp)case 0xee:num=0; break;case 0xde:num=4; break;case 0xbe:num=8; break;case 0x7e:num=12; break;P1=0xfd;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xed:num=2; break;case 0xdd:num=6; break;case 0xbd:num=10; brea

10、k;case 0x7d:num=14; break; P1=0xfb;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xeb:num=2; break;case 0xdb:num=6; break;case 0xbb:num=10; break;case 0x7b:num=14; break;P1=0xf7;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);

11、temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xe7:num=3; break;case 0xd7:num=7; break;case 0xb7:num=11; break;case 0x77:num=15; break; void main()bell=0;EA=1;ET0=1;TR0=0;TMOD=0x01;num=16;P0=tablenum; while(1)P1=0xf0;if(P1!=0xf0)keyscan();display(num);TR0=1;elseTR0=0;delay(2); 六、

12、仿真、实验验证过程及硬件结果、现象1、按照设计要求在Proteus软件上做出仿真电路。2、利用Keil软件编写相应的单片机程序，以实现硬件仿真电路的功能。3、仿真结果截图如下：图6.Proteus仿真结果七、总结（体会） 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