基于51单片机的LED电子琴设计与制作

湖南商职业技术学院毕业设计

目录

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

2设计方案遴选.......................................................1

2.1单片机的选择.................................................1

2.2系统框图设计.................................................2

3产品硬件设计.......................................................2

3.1STC89C51RC单片机核心电路设计................................3

3.2按键电路设计.................................................4

4产品软件设计.......................................................5

4.1主程序流程图.................................................5

4.2程序.........................................................7

4.3产品程序清单.................................................7

5产品使用说明.......................................................7

5.1产品装配图...................................................8

5.2产品调试.....................................................8

5.3产品使用说明.................................................9

6产品设计技术标准.................................................10

参考资料............................................................11

附录................................................................12

附录1元器件清单...............................................12

附录2电路原理图..............................................13

附录3PCB设计图................................................14

附录4产品实物图................................................15

附录5主程序代码................................................16

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基于51单片机的LED电子琴设计与制作

1产品功能分析

LED电子琴是一种基于51单片机的音乐电子设备，通过LED灯和按键来演奏不同

的音调和乐曲。它以其简单的制作和有趣的操作而广受欢迎。LED电子琴在学习音

乐和培养兴趣方面具有非常大的潜力，同时也为电子爱好者提供了一个快乐的项目。

首先，基于51单片机的LED电子琴具有简单的制作过程。由于51单片机设计简

单，容易理解，而且价格低廉，因此可以很容易地在市场上购买到。制作LED电子

琴所需的材料也相对简单，只需要一些LED灯、按键、电阻、电容等基本元件即可。

而且，制作过程本身也是一种富有挑战性和乐趣的活动，可以锻炼人的动手能力和

逻辑思维能力。

此外，LED电子琴还具有学习音乐的潜力。对于那些对音乐感兴趣的人来说，

LED电子琴是一个很好的学习工具。通过演奏LED电子琴，可以了解音乐的基本原理，

如音符、音阶、节奏等。同时，LED电子琴也可以演奏一些简单的乐曲，通过不断

练习和尝试，可以提高演奏的技巧和音乐的理解能力。因此，LED电子琴不仅可以

培养音乐方面的兴趣，还可以为学习音乐打下坚实的基础。

最后，LED电子琴也为电子爱好者提供了一个快乐的项目。对于那些热衷于电

子制作和编程的人来说，LED电子琴是一个很好的项目。通过制作LED电子琴，可以

学习如何使用51单片机进行灯光和音乐的控制，同时也可以尝试一些创新的设计和

改进。这不仅提升了电子制作的技能，还增加了对电子原理和编程的理解。

总而言之，基于51单片机的LED电子琴是一种简单、有趣且富有学习潜力的音

乐电子设备。它通过简单的制作和操作，为用户带来乐趣和挑战。无论是用于学习

音乐还是作为电子制作的项目，LED电子琴都是一个非常值得尝试的选择。

2设计方案遴选

在设计方案前，挑选并检查器件的质量与外观是否精良，并且由零件取决最终

成品的质量。

2.1单片机的选择

方案1：采用凌阳系列单片机为系统的控制器

凌阳系列单片机可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器

件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性。凌阳系列单片机提高了系统的

处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

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方案2：采用51系列作为系统控制器

单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算

法和逻辑控制。由于其功耗低、体积较小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域

应用广泛。而且抗干扰性能好。

因51单片机价格比凌阳系列低得多，且本设计不需要很高的处理速度，从经济

和方便使用角度考虑，本设计选择了方案2。

2.2系统框图设计

产品系统框图的设计如下：

图2-1系统框图

3产品硬件设计

这个产品是由STC89C51RC单片机组成的系统，此设计键盘用于弹奏音乐，八

个按键8种音符。首先需要确定LED电子琴的功能需求，并设计相应的电路结构。其

次，需要选择合适的51单片机作为主控芯片，并根据琴键数量设计相应的输入输出

端口。单片机通过输出各种电脉冲信号开驱动控制各部分正常工作。

单片机要产生音频脉冲，主要处理过程是在CPU中完成的，CPU会随时对音符输

入信号进行读取数据的操作。在读取了相应的寄存器的值后，CPU将读取的值进行

处理，再通过I/O口把音乐通过扬声器播放出来。

据设计要求，本系统主要由控制器模块和输入模块构成。

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3.1STC89C51RC单片机核心电路设计

STC89C51RC是一款常用的51系列单片机，下面是STC89C51RC单片机核心电路设

计的简要步骤：

（1）供电电路设计：根据STC89C51RC的工作电压和电流要求，设计合适的稳

压电源电路，包括电源滤波电容、稳压芯片等。

（2）外部晶振电路设计：STC89C51RC需要外接晶振来提供时钟信号，设计晶

振与相关的电容电路，保证稳定的时钟信号输入。

（3）复位电路设计：设计复位电路，包括复位电源电路和复位电路，确保系

统在上电或复位时能够正确初始化。

（4）下载调试电路设计：根据STC89C51RC的下载和调试接口要求，设计相应

的下载调试电路，方便程序的下载和调试。

（5）引脚分配和接口设计：根据具体应用要求，设计合适的引脚分配方案，

将STC89C51RC的各个引脚连接到外部元器件或接口。

（6）外设电路设计：根据具体应用需求，设计连接外设（如LCD显示屏、按键、

LED灯等）的电路，实现系统所需功能。

（7）地线和电源线布局：合理布局地线和电源线，减少干扰和噪声，提高系

统的稳定性和抗干扰能力。在STC89C51RC单片机核心电路设计过程中，需要合理

选择元器件、进行电路仿真和布线等工作，确保系统的可靠性和稳定性。同时，根

据具体应用需求，可以进行个性化的扩展和优化设计。

使用STC89C51RC单片机核心芯片的原因是它的优点有：

（1）不需要专用的编程器，可以通过串口直接下载程序；

（2）具有EEPROM功能；

（3）具有看门狗功能；

（4）有2个16位定时器/计数器

（5）拥有通用异步串行口

STC89C51RC单片机引脚图如下图所示：

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图3-1STC89C51RC单片机引脚图

STC89C51RC单片机实物图如下图所示：

图3-2STC89C51RC单片机实物图

3.2按键电路设计

按键这种电子开关，按下按键就可以实现电路的连通，松开按键即可断开电路

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的连通。在这个按键设计内，按键是一个系统的输入，要想实现对该系统的输入。

这个单片机控制按键的引脚默认是低电平，按键按下，单片机控制按键的引脚变为

高电平。

按键电路原理图如下图所示：

图3-3按键电路原理图

4产品软件设计

本产品采用了C语言，KEILC51编程环境，采用的是简单的模块化设计，由

多个程序和模块化程序组成的整体程序。

4.1主程序流程图

主程序初始化是在软件运行时的最开始阶段执行的一段代码，用于进行系统的

初始化设置和准备工作。在主程序初始化过程中，需要根据具体应用的需求，进行

适当的定制和扩展，确保系统在启动时处于合适的状态，并为后续功能的正常运行

提供必要的准备工作。在主程序初始化以后，下一步开始运行的就是不断重复的检

查各模块部分的标记，如果在这个区域设置了有I/O输入的话，就代表要处理相

应的数据，接着软件主程序就会开始调用对应的处理子模块进行数据处理工作，主

程序流程图如图4-1所示。

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开始

初始化中断系统

弹奏按键按下

P2口控制对应

LED点亮

赋值定时器的初值

打开中断总开关

结束

图4-1主程序流程图

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4.2程序

在对计算机程序的编写完毕之后，便需要通过软件对所编写的程序进行测试以

及编译，若是不能通过编译，则需要再进行修改。

图4-2程序编译图

4.3产品程序清单

图4-3程序清单

5产品使用说明

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5.1产品装配图

产品是由单片机，LED灯，喇叭，电源开关和按键组成。装配图如下：

单片机

图5-1产品装配图

5.2产品调试

产品调试是指在产品制造过程中，通过对产品的组装、安装和操作等环节进行

检查、测试和调整，确保产品能够正常运行并满足设计要求的过程。检查单片机所

有的元件都必须手工焊接到万能板之上，而且还必须对每一个焊点进行仔细检查，

确保没有虚汗漏焊，以及是否有毛刺等。使用万能表进行测试板件，查看各焊点连

接状况是否合格，再检查各电源线与地线是否有短路的现象。对产品进行上电检

查。将编写的程序烧录到单片机之中。

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程序烧录界面如下图：

图5-2程序烧录图

5.3产品使用说明

首先接上电源，给电源上电；再按下控制电源的开关，依次按下八个按键，

LED灯也依次亮起，喇叭也随之响起，如下图所示：

图5-3调试效果

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6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求[3]IPC-

7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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参考资料

[1]白炽贵编著.单片机C语言案例教程[M].北京：电子工业出版社，2011.1

[2]周良权主编.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.6

[3]卜锡滨主编.数字电子技术[M].北京：中国水利水电出版社，2011.1

[4]李华.单片机Ｃ语言编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.8.1

[5]徐爱钧．单片机原理实用教程－－基于Protrues虚拟仿真[M].北京：电子工业出版社.2009.1

[6]李萍．AT89S51单片机、原理、开发与应用实例[M].北京：中国电力出版社．2008.7

[7]张晔,王玉民等．单片机应用技术[M].北京：高等教育出版社．2006.3

[8]付家才等．单片机控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社．2004.5

[9]及力主编.电子CAD基于protel99SE[M].北京：北京邮电大学出版社,2008

[10]徐红升主编.电工基础及实训[M].北京：清华大学出版社，2009.5

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附录

附录1元器件清单

附表1-1元器件清单

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附录2电路原理图

附图2-1电路原理图

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附录3PCB设计图

附图3-1PCB设计

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附录4产品实物图

附图4-1产品实物图正面

附图4-2产品实物图反面

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附录5主程序代码

#include<reg52.h>//包含头文件

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar//宏定义

sbitspeaker=P1^4;//喇叭引脚定义

uchara,b;//声明两个无符号字符型变量，用于定时器初

值的赋值

voidcheck_key()//按键函数

{

P3=0xff;//先赋给P3组口高电平

switch(P3)//当有按键按下，P3口的状态就会改变

{

case0xfe:P2=0x7f;a=0xfb;b=0xe9;EA=1;break;

//当第一个按键按下，P3口状态就是11111110，也就是0xfe，就执行后面的P2口显示数字1，

并给定时器赋初值，打开中断系统总开关

case0xfd:P2=0xbf;a=0xfc;b=0x5c;EA=1;break;//同上

case0xfb:P2=0xd