基于51单片机的简易电子琴设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1设计背景及产品功能分析........................................................................................1

1.1设计背景.............................................................................................................1

1.2产品功能分析....................................................................................................1

1.3系统框图设计图.................................................................................................1

2单片机的选择............................................................................................................2

2.1方案一：使用单个逻辑设备组合...................................................................2

2.2方案二：使用STC89C51单片机...................................................................2

3产品硬件设计............................................................................................................3

3.1STC89C52RC芯片..............................................................................................3

3.2单片机复位.........................................................................................................4

3.3单片机晶振.........................................................................................................4

3.4共阴极数码管....................................................................................................5

3.5蜂鸣器部分........................................................................................................6

3.5按键设置...........................................................................................................7

3.6发音源代码.......................................................................................................8

3.7单个按键源代码...............................................................................................8

4产品软件设计............................................................................................................9

4.1主函数模块.........................................................................................................9

4.2播放模块...........................................................................................................9

4.3演奏模块.........................................................................................................10

4.4数码管模块.....................................................................................................11

5主程序流程图设计..................................................................................................12

6产品使用说明..........................................................................................................12

6.1软件调试...........................................................................................................12

7设计总结..................................................................................................................13

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8参考资料..................................................................................................................14

附录1元器件清单.............................................................................................15

附录2电路原理图.............................................................................................15

附录3PCB设计图..............................................................................................16

附录4产品实物图...........................................................................................17

附录5软件程序代码............................................................................................18

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基于51单片机的简易电子琴设计与制作

1设计背景及产品功能分析

1.1设计背景

在现实生活当中，我们经常出去玩而无法携带乐器其主要原因就是因为乐

器庞大而繁琐。所以本选题是制作一个基于51单片机简易电子琴的设计与制作。

主要核心是用AT89C52单片机，设计一款简易的电子琴。它具有方便携带，性

能高、价格便宜、应用广泛等特点，在现代的音乐中扮演着重要的角色。电子

琴是现代电子信息技术和音乐的结合，这是一种新型的键盘乐器，具有较强的

灵活编程来实现特性，现在逐渐已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的

一部分。我们对于电子琴如何实现它的功能，比如音色的选择、声音的控制、

扬声器播放音乐功能等等很好奇。

1.2产品功能分析

本选题是基于51单片机的电子琴的设计，所要达到的要求如下:

1)利用蜂鸣器作为发声部件；

2)设置按键模块和显示模块；

2)设置8个按键，实现高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7、1的发

音。

设计主要是要通过软硬件的配合实现电子琴的上述功能，我们可以通过按

下键盘上任意一个键来发出相应的音符。采用AT89C52单片机作为核心，搭建

了按键模块和显示模块等。使用这个芯片，可以生成不同的频率来获得你所要

求的音阶，紧接着最后你可以播放音符来表达。

1.3系统框图设计图

图1-1所示系统框架设计图：

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图1-1系统框架设计图

2单片机的选择

2.1方案一：使用单个逻辑设备组合

由于已知计数器8253可以产生任意频率的方波频率信号，如果对应于计数

频率的相应刻度对应于计数器的频率，则可以通过计数器产生音乐。根据本实

验的要求，我们使用8279获得了与查找表相对应的8253个频率编号，从8253

中放大了相应的关键性能信号，并用喇叭将其输出。

2.2方案二：使用STC89C51单片机

方案二：采用STC89C52单片机作为主芯片，安装按键、蜂鸣器等外围设备。

它还使用了数字位管和PNP三极管等简单设备。按键插入音符和铃声。用于显

示操作键的数码管,PNP三极管用于放大低频功率。最后，使用蜂鸣器播放。

该方案选择第二个是采用STC89C52单片，该设计主要用于人们的娱乐，因

此该设计可以尽可能安全且易于操作。它具有高性能、价格便宜、用途广泛等

特点。

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3产品硬件设计

3.1STC89C52RC芯片

STC78C52RC单片机是一种高速、低功耗、抗干扰的一种单片机。命令代码

和传统的8051单片机可以兼容，12冲程/机器循环，内部集成了特殊的Max810

复位电路。该单片机具有成本低、性能好、支持isp（系统编程）和iap（应用

编程）技术等特点。

另外，STC89C52的设计和构成振动频率为0Hz，它可以调至省电模式。并

在空闲模式下，让CPU停止操作，且RAM计时器计数器、串行接口和外部中断

系统还可以继续操作。在电源断开模式下，振荡器被解冻以存储RAM数据，并

且芯片的其它功能被停止，直到外部中断成效或硬件复位。同时，该芯片具有

PDIP、TQFP、PLCC三种封装形式，满足不同产品的需求。图3-1所示单片机的

引脚图：

图3-1单片机引脚图

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3.2单片机复位

1）复位功能：微控制器的复位电路类似于计算机的重启功能。如果计算机

在运行时崩溃，请按“重新启动”按钮在计算机上从头开始运行程序。

这也适用于单片机。如果SCM系统正在运行，并且由于环境影响程序

正在运行，则程序将在“重置”按钮中从零开始自动启动。

2）复位原理：单片机复位后，RST引脚连接到2us的高电平。微控制器起

动0.1s后，电容器C两端的电压持续充电至5V。此时，10K电阻器的

两头的电压接近0V，RST为低电平，所以系统正常工作。图3-2所示

复位电路图：

图3-2复位电路图

3.3单片机晶振

单片机晶体器的功能是向系统提供基本的时钟信号。大部分一个系统共同

使用一个晶体振荡器，这样的话所有部件都可以保持同步。一些通信系统对基

本频率和高频使用不同的晶体振荡器，并通过电子调节频率来保持同步。所有

微控制器指令的执行都基于晶体振荡器的频率，图3-3所示晶振电路原理图：

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图3-3晶振电路原理图

3.4共阴极数码管

阴极数码管将所有的LED负极连接到公共点，每个LED的正极为a、b、c、

d、e、f、g和dp，如下图所示。图中的八个LED分别对应于上图中A~DP的每

个段。通过控制每个LED的发光来显示数字。当现LED的正极为高时，相对应

的现场亮起。如果LED的正极低，则相对应的现场不发光。图3-4所示数码管

所接引脚原理图：

图3-4数码管所接引脚原理图

如图3-5所示数码管电路：

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图3-5数码管电路

以下为数码管显示字型对应的字符码表：

表1数码管显示数字的实现

3.5蜂鸣器部分

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：

1)内部区别：这里需要注意的就是，此处的“源”并不是指电源，而是指

冲击源。这意味着激活蜂鸣器内有一个振动源，因此一旦打开，蜂鸣器就会发

出声响。无源器件的内部并没有冲击源，且不能通过直流信号进行歌唱。有源

蜂鸣器一般比无源蜂鸣器价格贵，因为有源蜂鸣器的内部有多个振荡电路；

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2）外观区别：两者之间的高度稍微是有点区别，有源蜂鸣器，高度为9毫

米，而无源蜂鸣器的高度只有8毫米。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，

可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种

是有源蜂鸣器；

3）甄别方式：除了从外观上区别，还可以用万用表来进行测试，黑表笔连

负，红表笔在另外一端相互碰触，如果触发出声响的且电阻只有8Ω或16Ω的，

那么就是无源蜂鸣器，如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，那么

也就是有源蜂鸣器；

无源蜂鸣器的优点是：

（1）价格比较便宜

（2）声音的频率可以控制，可以做出“DOXILASOFAMIREDO”的效

果

（3）部分情况下，想要程序控制方便可以和LED复用一个控制口；蜂鸣器

电路如图3-6：

图3-6蜂鸣器电路图

3.5按键设置

采用了单片机的P1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7八个

接口，按键产生不同的频率，获取我们需要的音阶，最后你可以自由播放你想

要表达的音符。按键原理图如图3-7：

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图3-7按键电路图

3.6发音源代码

voidPlay(uchary)

{

uchari;

for(i=0;i<100;i++)

{

BEEP=~BEEP;//对蜂鸣器电平求反

DelayMS(y);

}

BEEP=1;//给蜂鸣器一个高电平

}

3.7单个按键源代码

if(K1==0)

{

DelayMS(10);//按键去抖动

if(K1==0)

{

num=1;

P0=table[num];

Play(1);

}

while(!K1);

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}

4产品软件设计

4.1主函数模块

（1）程序启动初始化，包括定时器初始化、中断设置、LCD显示初始化、数码

管初始化等；

（2）等待按下按钮运行程序，执行演奏程序或者执行播放歌曲程序。如图4-1

所示：

图4-1主函数流程图

4.2播放模块

（1）选择播放按钮并使用播放子程序；

（2）选择播放程序中存储的声音频率；

（3）将初始值设置为T0，对应于频率，交替每个音符的声音以形成歌曲。如图

4-2所示：

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图4-2播放模块流程图

4.3演奏模块

（1）判断键值；

（2）演奏键按下时进行音阶键扫描，得到所按下的键码；

（3）根据按键代码选择合适的频率；

（4）根据频率T0分配初始值；

（5）启动T0;

（6）当T0计时结束时，它进入中断。然后再次重启T0，声音由输出方波产生。

如图4-3所示：

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图4-3演奏模块流程图

4.4数码管模块

（1）确定按下键值；

（2）数码管根据所按下的键值显示高、低、中音；如图4-4所示：

图4-4数码管模块流程图

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5主程序流程图设计

主程序流程图如5-5：

主程序流程图5-5

6产品使用说明

6.1软件调试

运用Keil进行嵌入式开发软件有下列几个步骤：

（1）打开Keil软件；

（2）创建一个新工程，然后选择运用的芯片，再进行工程配置；

（3）写.c或汇入编源文件；

（4）编写产品程序；

（5）修改程序中的错误代码；

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（6）通电调试产品。

显示0Error（s），0Warning（s）.

程序编译成功（无错误）。

7设计总结

从这次的毕业设计中我不仅学到了许多做事的方法也学到了许多对人生态

度。经过我们的努力，在仿真软件和实物上都实现了7个音符的发声，让我有

了一定的成就感和满足感，也使我更加进一步熟悉和掌握了单片机。总而言

之，通过这次课程设计，我清楚明白了完成一个作品需要我们不断去发掘和努

力并为之坚持不懈的努力下去。

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8参考资料

[1]基于STC89C52单片机的指纹密码锁系统设计与实现[J].杨朋飞,聂亮,陈靖,蔡长

龙.传感器与微系统.2020(05)

[2]基于单片机的温度报警器[J].柳文静.电子测试.2020(03)

[3]基于无线通信技术的温度报警器设计与实现[J].梁越勇,季航宇,浦希成.计算机与

数字工程.2018(11)

[4]简易温度报警器设计与实现[J].金帅.自动化技术与应用.2018(01)

[5]基于AT89S52单片机的数字温度报警器实现[J].李华,魏光杏.西安文理学院学报

(自然科学版).2016(06)

[6]基于51单片机的温度监测报警系统设计研究[J].孙晓倩.赤峰学院学报(自然科学

版).2015(24)

[7]基于AT89S52和DS18B20的数字温度报警器的设计[J].余红珍,秦宗锋.自动化技

术与应用.2012(12)

[8]基于AT89S52单片机的红外遥控温度报警器的设计与实现[J].聂茹.电子设计工

程.2012(21)

[9]基于单片机的温度报警器的设计与仿真[J].