基于51单片机的电子琴课程设计

1、摘要本设定修订主要研究基于AT89C52单片微型计算机的简易电子琴设定修订。以单片微型计算机为主控制的核心，设置牛鼻子板、蜂鸣器等周边设备，还使用NPN型晶体管和电阻等简单的数据老虎钳。 用按钮实现音符和音调的输入用NPN型晶体管8550实现低音频功率放大最后用蜂鸣器播放“告别”。本设定纠正硬件部主要由最小系统、牛鼻子系统模块、蜂鸣器模块构成。 其软件部分主要有主计程仪程序模块、定时中断程序计程仪程序、定时计数程序计程仪程序。(1)最小系统：是单片微型计算机应用系统的设定修订基础。 包括单片微型计算机选择、时钟系统设置、定径套电路设置、简单的I/O通讯端口扩展、供电中断保护等。(2)按钮系统定

2、模块：本设定订正采用10个按钮，其中7个按钮显示7个音调，其他3个按钮进行中音高低的切换，自动再生现有曲目。(3)蜂鸣器组件：该电子琴发音电路通过晶体管驱动蜂鸣器发音，通过引体向上电阻提高驱动能力。此次设置修订首先对单片微型计算机设置修订的简单电子琴进行仔细分析，其次制作硬件电路和软件制作程序计程仪，最后从硬件和软件的调试运行以及原理图、主要芯片、每个模块的原理和每个模块的程序计程仪调试开始描述。 使单片微型计算机产生不同的频率，得到我们要求的音阶，实现高、中、低的修正21音的发音和音乐播放时的控制，并且可以自动播放编在节目单上的音乐。 系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，操纵系

3、统可靠，性价比高等，具有一定的使用和参考价值。目录1 .概要11.1设计背景11.2设定修订意义11.3设置修订塔斯克12 .系统总体方案和硬件设置修订22.1整体设定修订2方案1 :采用单一逻辑去老虎钳组合2在方案VHDL语言plug计程仪编程中实现22.2单片微型计算机选择32.3单片微型计算机的最小动作系统32.3.1时修正电路32.3.2重新定径套定电路42.4原理分块图42.5按钮部分设定订正52.5.1操作牛鼻子设定修订52.5.2牛鼻子板设置修订52.5.3抖动62.6发音部分设定订正73 .系统软件设置修订73.1系统分析73.1.1系统软件的构成73.1.2系统整体的功能流程

4、图83.2残奥仪表补正算93.2.1发音原理93.2.2修正算例93.2.3修正计算结果93.3计程仪预成型113.3.1判断音阶(高中低音)的子程序113.3.2播放子程序(包括记忆音乐和牛鼻子发音的自动播放) 124. Proteus软件模拟144.1硬件调试144.2软件调试144.3模拟结果(举出一例) 154.4结果分析155 .课程设计体验16参考文献17带18个源计程仪柱查询密码带2系统原理图261 .概要1.1设计背景随着电子科学技术的迅猛发展，电子技术正在改善人们的学习、生活和工作，因此希望开发本系统能给人们带来更多的生活乐趣。随着目前市场玩具需求量的增大，其中电子琴是很好的

5、应用方面。 单片微型计算机技术可以让我们利用硬件和软件实现电子琴的功能，实现电子琴的小型化，可以用作玩具钢琴、音乐回转盘及音乐婴儿车等。 另外，可以进行一定的功能扩展。 以往的电子琴能够以牛鼻子板的“1”“a”牛鼻子演奏从低So到高DO的11音，因此能够以单片微型计算机实现10音的扩展，能够实现7音牛鼻子的高、中、低21音的显示播放和任意音乐的自动播放。 本设计将10个音键制作成独立的牛鼻子板，其中7个是音符键，3个是组合特罗尔键，使电子琴功能更加完美。 不仅可以控制按钮，还可以实现音乐的自动保存和播放，可以更加充实这个设定修正功能。1.2设定修订意义这个设定修订有以下优点可以简单地交换音符和

6、音调功能比以往的电子琴更完备制作简单，成本低1.3设定修订塔斯克实现电子琴发声操纵系统的电路要求实现以下功能。利用蜂鸣器作为发音部件，设置10个牛鼻子，实现高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7的发音。 储存歌曲的内容使自动播放成为可能。基于PROTEUS的电子琴模拟设定修订说明：单片微型计算机的工作时钟频率为11.0592MHz。2 .整个系统的方案和硬件设置修订2.1整体设定修订实现这次的设定修订的方案有好几个，不过，比较说明下一个最佳做法的选择。方案1 :采用单一逻辑去老虎钳的组合音乐由不同的音阶构成，不同的音阶以不同的频率发音，所以能够以不同的频率发音不同的音乐。因为计数器825

7、3已知可以生成任何频率的方波频率信号，所以只有通过使一首音阶可兼容频率与计数器的频率相关联，计数器才能够生成音乐。 根据本实验的请求，在8279处得到的牛鼻子值用显示查找表得到对应的8253的频率值，用LM386对从8253得到的对应的键控信号进行放大，用电脑音箱进行输出，实现简易电子琴的基本功能，完成了实验的请求。用情景VHDL语言普计程仪编程实现整个系统的基本原理图如下：图1、系统整体的基本原理图利用我们实验室先进的数字电路实验设备，可以用VHDL语言编程实现。 我们可以用VDHL语言设置和编译实验原理图的各个部分，将这个实验原理图下载到修正算机上，利用电路学习机的芯片。 我们可以马上设计

8、简单的电子琴。 实现那个功能。方案采用AT89S52单片微型计算机作为主控芯片，设置牛鼻子板、蜂鸣器等周边数据老虎钳，还使用NPN型晶体管和电阻等简单的数据老虎钳。 用按钮实现音符和音调的输入用NPN型晶体管8550实现低音频功率放大最后用蜂鸣器发音。三种方案的比较：方案1通过单一的逻辑去老虎钳的组合来实现。 这比较直观，逻辑解老虎钳分工鲜明，思路清晰，一目了然，但由于零配件的种类、个数较多，复杂的硬件电路也容易引起系统精度不高、体积过大等不利因素。 例如，七个不同的音符可以在七个不同的频率上控制发音，并且所使用的设备大多是显而易见的。 方案2采用VHDL语言编程实现电子琴的各功能。 系统主要

9、由电子琴发音模块、选择控制模块和存储模块构成。 与方案相比，方案2不明确，可以看到用超高速硬件描述语言VHDL的优点，但是本质上只是将整个系统分成几个模块，而与具体的硬件电路无关。 方案3与前两个方案相比，主控芯片采用AT89S52单片微型计算机，它是大规模IC集成电路技术发展的产物，具有高性能、高速、体积小、廉价、稳定可靠、应用广泛的特点。 同时具有强大的控制功能和灵活的计程仪编程实现特性，本设定修订主要用于人们的娱乐，因此在设定修订上能够尽量安全且简单地进行操作。 第三种方案具有经济可行性、技术可行性、实物应用性。如上所述，这次课程设置修订采用了第三个方案。2.2单片微型计算机选择硬件电路

10、以单片微型计算机为主控芯片，实现牛鼻子录入音符和音高、两位查询密码管的显示、低音频功率放大和蜂鸣器发音。 对于本设定修订的功能和用途，最好采用AT89S51单片微型计算机。 功能完整，性价比高，适合本设置修订。2.3单片微型计算机的最小动作系统把在单片微型计算机上加上适当的周边数据老虎钳和应用程序构成的应用程序系统称为最小系统。2.3.1时修正电路在单片微型计算机的内部，有构成震荡器的高增益反转放大器。 通常，在读XTALl和XTAL2上构成跨越水晶结晶和2个补偿电容的自激振荡器，构成图2中的X1、C1、C2。 根据情况，可以选择频率为6MHz、12MHz或24MHz的石英晶体，而补偿电容通常

11、选择约为30pF的陶瓷电容。图2、时钟电路2.3.2重新定径套定电路单片机多采用开机自动恢复定径套和手动牛鼻子恢复定径套两种方式实现系统恢复定径套操作。 上电定径套请求电源接通后，自动实现再定径套操作。 手动重新定径套下，在电源接通的条件下，在单片微型计算机运行中，要求通过按钮开关操作重新定径套单片微型计算机。 其构成如下图所示。 上电自动重定径套通过电容器C3的充电来实现。 手动牛鼻子定径套是通过按下牛鼻子，打开电阻R1和VCC来实现的。图3、重定径套电路2.4原理分块图该系统包括主芯片89至852、发音用户针织面料、显示模块、以及牛鼻子模块。图4、原理分块图2.5按钮部分设定修订2.5.1

12、操作牛鼻子设定修订一般的牛鼻子有机械触点式牛鼻子、导电性橡胶式、柔性牛鼻子(也称为触摸牛鼻子板) 3种。机械触点式牛鼻子利用机械弹性恢复牛鼻子，手感清晰，连接清晰，工艺简单，适合单体制造。 但是接点容易侵入灰尘，引起接触不良，体积相对较大。导电性橡胶按钮利用橡胶的弹性复位，按压的方法将面板上的所有按钮合为一体，体积小，组装方便，适合批量生产。 但是，时间变长的话，橡胶老化弹性降低的同时，尘埃容易侵入。柔性按钮是近年来发展迅速的新按钮，分为凸球型和平面型。 柔性按钮的最大特点是防尘、防湿、耐腐蚀性，外形美观，嵌入方便。 此外，外形和面板的版结构、颜色、牛鼻子空间可根据机械整体的要求进行设定、修改

13、。但由于客观条件和经济能力有限，本系统采用机械触点式牛鼻子。2.5.2牛鼻子板设定修订牛鼻子板是单片微型计算机应用系统中的重要零配件，能够实现对计算机的数据录入、命令传输等功能，是手动干预计算机的主要手段。牛鼻子板可以分为独立连接式牛鼻子板和沉积基质式牛鼻子板两种。(1)能源宝牛鼻子板在单片机系统中，在按钮多的情况下，一般使用沉积基质式(也称为行列式)的牛鼻子板。 沉积基质牛鼻子板由行线和列线构成，牛鼻子位于行、列线的道路交叉口。 显然，在牛鼻子数量多的情况下，沉积基质牛鼻子板比独立牛鼻子牛鼻子板节省更多的I/O通讯端口。在沉积基质牛鼻子板中，行、列线分别连接到强制开关的两端，行线通过引体向上

14、电阻按下与5V连接的牛鼻子时，行、列线导通，此时行线的电平由与该行线相连的列线的电平决定。 这是识别是否按下了按钮的钥匙。(2)独立连接式牛鼻子板独立按钮是由直接I/O通讯端口线构成的单一按钮电路，其特征在于每个按钮占用一条I/O通讯端口线，每个按钮的动作不影响其他I/O通讯端口线的状态。 独立型牛鼻子电路配置灵活，软件结构简单，但各牛鼻子必须占用一条I/O通讯端口线。 但是，在牛鼻子多的情况下，I/O通讯端口线的浪费很大，所以采用使不得。斯坦共和国门的牛鼻子软件，多采用查询结构。 逐位检查各I/O通讯端口线的输入状态，若任意一个I/O通讯端口线的输入为低电平，则确认与该I/O通讯端口线对应的

15、按钮被按下之后，转移到该按钮的功能处理程序。 由于该计程仪计划简单，为了方便使用和节省资源，选择了斯坦共和国门独立牛鼻子板。 下图为斯坦共和国门的牛鼻子板电路图图6、独立牛鼻子板电路图2.5.3抖动在牛鼻子板计程仪编程中，主要考虑抖动的问题。如果在测试中得知按下了按牛鼻子，则继续进行抖动处理。 由于牛鼻子为机械开关构造，因此在因机械触点的弹性或电压突跳等导致触点闭合或断开的瞬间会产生电压时钟抖动。 为了保证牛鼻子识别的正确度，电压信号时钟抖动时无法输入行状态。 因此需要进行去时钟抖动处理。 抖动有硬件和软件两种方法。 硬件的方法是增加抖动电路，从根本上避免抖动的发生。 软件的抖动在检测到第一次

16、按下了牛鼻子时，在执行了有会儿延迟计程仪程序后，检测到该牛鼻子，如果第二次的检测结果仍为按下状态，则电脑CPU确认该牛鼻子已被按下，消除抖动。2.6发音部分的设计如下图所示，发音电路由蜂鸣器、晶体管、引体向上电阻构成。 用3极管驱动电脑音箱的发音的同时，加上牵引阻力增强驱动电流，提高驱动能力。图7、发音部分电路图3 .修订系统软件设置3.1系统分析3.1.1系统软件的构成(1)牛鼻子盘扫描计程仪程序：检测有无牛鼻子按下，如果按下了牛鼻子则记录按下牛鼻子的牛鼻子值，如果没有跳跃到功能转移程序计程仪程序的牛鼻子按下，则返回键盘扫描程序继续检测。(2)功能转移程序计程仪程序：为了判断检测出的按键值，

17、如果是按键则跳至键处理程序，如果是功能牛鼻子则跳至相应的功能计程仪程序，我们设定的功能计程仪程序有音色调节功能和自动播放乐曲的功能这2种。(3)键处理程序：根据检测出的按键值，检查音调表，给计时器赋予值，使其发出相应频率的声音。(4)乐曲自动播放计程仪报：检测出按钮被按下的是自动播放乐曲功能牛鼻子并执行，电子琴自动播放预先保存的乐曲，乐曲播放结束后自动返回牛鼻子板扫描计程仪报，持续等待按钮是否被按下。3.1.2系统整体的功能程序流程图判断p0通讯端口输入，设定牛鼻子值得到高中低三种方式牛鼻子值不为0关闭声音T0是基于七个牛鼻子值和操作方法确定的音乐播放启动T0推一推音阶牛鼻子播放内部存储音乐B

18、0/2=0b0按下自动播放牛鼻子初始化T0游戏开始牛鼻子板扫描计程仪拉姆n型n型n型yyy3.2残奥仪表校正计算3.2.1发音原理为了产生音频脉冲，计算某个音频的周期(1/频率)，将该周期除以2，即为半个周期的时间。 使用计时器计数半个周期的时间，每次计数结束时反转P1.0，反复计数反转。 P1.0端子上可获得该频率的脉冲。 在通过AT89C51的内部计时器操作的计数器模式(模式1 )中，对计数值TH0和TL0进行改变以产生不同的频率，并且以这种方式产生不同的音阶。3.2.2修正算例例如，因为频率是523Hz，并且周期T=1/523=1912s，所以如果计数器的频率是956s/1s=956，则可以通过每计数956次反转I/O来获得中音DO(523Hz )。 计数脉冲值和频率的关系式为N=fi2fr