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大学毕业论文《单片机原理及应用》课程设计—单片机电子琴设计.doc 15页
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大学毕业论文《单片机原理及应用》课程设计—单片机电子琴设计
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2015——2016学年第一学期
课程设计报告
题目：计一个电子琴。利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音
1.课题设计目的及其意义 1
2.课题设计的任务及要求 1
3.系统总体方案及单元设计 1
3.1总体设计 1
3.2 单片机的最小工作系统 3
3.2.1 时钟电路 3
3.2.2复位电路 3
3.2.3 音频放大电路 4
3.3 按键部分设计 5
3.3.1操作键设计 5
3.3.2键盘设计 5
3.3.3 消除按键抖动 6
4.系统软件设计 7
4.1 系统的软件程序（C语言）： 7
4.2 系统的软件的调试仿真 10
5.设计心得与体会 12
1.课题设计目的及其意义
单片机（单片微型计算机）是大规模集成电路技术发展的产物，具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠等特点。单片机的应用相当广泛，从平常的家用电器到航空航天系统和国防军事、尖端武器都能找到它的身影。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
音乐随着人们的生活水平也逐步提高已经成为了我们生活中很重要的一部分，在工作和学习之余，欣赏音乐不仅使身心得到放松，同时也提高人们的精神品质和个人素养。当代，爱好音乐的年轻人越来越多，也有不少人自己练习弹奏乐器，作为业余爱好和一种放松的手段，鉴于一些乐器学习难度大需花费太多精力，且其价格太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃这种想法，而电子琴又是一种新型的键盘乐器，它是现代电子科技与音乐结合的产物，价格相对便宜，能够满足一般爱好者的需求，因此，在现代音乐中扮演着重要的角色。 故简易电子琴的研制具有一定的社会意义。
2.课题设计的任务及要求
我所选择的的任务题目是：设计一个电子琴。利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音
a．首先按设计题目要求制订方案。
b．设计出硬件原理图。
c．编写程序。
d．用Proteus软件进行系统仿真，直至正确地实现系统功能。
本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简单的电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有8个按键。定时器按设置的定时参数产生中断，由于定时参数不同，就会发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。
先根据要求设计硬件电路和编写相应的程序，然后进行仿真调试，最后细心焊接硬件电路图，将程序烤入芯片中，最终达到设计目的。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
3.系统总体方案及单元设计
3.1总体设计
实现本次设计的方案有多种，下面比较说明一下最佳方案的选择。
方案一：采用单个的逻辑器件组合
音乐是有由不同的音阶组成的，而不同的音阶又是由不同的频率发出的，那么利用不同的频率，就可以发出不同的音乐了。
我们知道计数器8253可以产生任意频率的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率与计数器的频率对应起来就可通过计数器产生音乐了。根据本实验要求，采用8279将键扫得到的键值通过查表得到相应的8253的频率值，将从8253得到相对应的按键弹奏信号经过LM386进行放大，再用喇叭输出，就实现了简易电子琴的基本功能，也就完成了实验的要求。
方案二：采用AT89S51单片机作为主控芯片，设置键盘、蜂鸣器等外围器件，另外还用到一些简单器件如：三极管、电阻、独立按键等。利用按键实现音符和音调的输入；用三极管实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器发音。
两种方案的比较：
方案一采用单个的逻辑器件组合实现。这样虽然比较直观，逻辑器件分工鲜明，思路也比清晰，一目了然，但是由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素。例如七个不同的音符是由七个不同的频率来控制发出的，所用仪器之多显而易见。方案二与方案一相比，主控芯片采用AT89S51单片机，它是大规模集成电路技术发展的产物，具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、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编程实现特性，由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。而第三种方案具有经济可行性、技术可行性、实物应用性。
综上所述，本次课程设
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基于单片机的简易电子琴设计
柴春柳+孙德龙+陈智伟【摘要】 设计了一种基于单片机简易电子琴，以STC89C52单片机为控制核心，辅以一些外围设备，使用C语言程序，可以实现八音阶，内置的电子音乐曲目实现了基于单片机的键盘设计。整个系统的电路结构清晰简单，可靠性能良好，测试结果充分满足设计要求。【关键词】 单片机 电子琴 设计伴随着电子技术和计算机技术的超高速发展，单片机的功能健全，具有成本效益的价格显著增强，技术改进。由于单片机具有体积小，价格便宜，功耗低，超强的控制功能和操作速率等，和在国民经济建立建设、军事科技和家用电器等领域具有广泛的应用。社会的飞速发展，人们对视觉、听觉都有着越来越高的要求。小键盘能带给人们快乐的记忆，增强人们的精神和文化的享受。本文以单片机为核心元件，以单片机为核心元件设计，体积小，重量轻，可演奏和弦音乐，演奏用八音音阶，易于使用，并具有一定的商业价值。一、设计方案本设计的最最主要内容是利用STC89C52单片机为核心控制元件，设计一个键盘。以单片机为控制核心，以键盘、扬声器、数码管等外设模块为主，最后实现了一种基于单片机的键盘设计。音乐是由许多不同的尺度，每个刻度对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，音乐可以使我们当然想要什么，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定时计数器T0产生这样的方波频率信号，因此，只要我们把歌尺度对应关系的正确的频率。二、设计要求设计并制作一个功能稳定，外观简洁的电子琴，基本的要求有：1）充分利用I/O口产生的一定频率的方波，使用LM386型功放驱动扬声器，从而发出不同音调，从而演奏出不同的乐曲。2）可以实现最少7个音调键的弹奏。3）内置歌曲数量不少于3首。4）要有指示设备，能将当前音乐播放的音调值显示出来。5）可以通过按键进行曲目的选择和停止播放等功能。6）由于按键使用机械开关的结构，机械的触点弹性以及电压不稳定的原因，一般在触点闭合时或断开时的瞬间会出现电压的抖动。为确保键识别的准确和稳定，在电压的信号抖动状态下不能够进行状态的输入。三、系统硬件设计系统使用STC89C52单片机用作为核心的元器件，并且配合的使用了电阻电容晶振等高科技器件，从而构成了单片机的最小系统原理。单片机一般情况下工作于12MHZ时钟的频率，并且使用其定时/计数器T0，并且工作的模式为1，从而使其改变计数值TH0和TL0并且可以发出并产生不同频率的脉冲的信号采样。使得其它的模块围绕着单片机展开。输入部分共有两部分，第一部分是弹奏输入，第二部分是控制输入。弹奏输入是由8个独立按键构成的，总共可以可弹奏出来8个音调，由于咱们的设计实现出的音乐发生器是由用户通过使用键盘输入和弹奏乐曲的，所以节拍由用户自己掌握，不由程序来控制。对于控制的输入，就只有1个按键，功能主要是播放内置音乐和切歌。四、系统软件设计程序运行后先判断八个音调键是否有被按下，是的话，则根据不同的音调键，播放不同的音调。接着判断“下一曲”按键是否有被按下，是的话则把歌曲切换到下一曲，然后播放一首完整的音乐。然后又回到最前面的音调按键判断，依此循环。五、调试1、 硬件调试。硬件调试主要是在系统通电之前，仔细检查安装元器件是否错安、漏安，线路连接是否正确。主要工具是万用表和烙铁等工具，主要是为了排查板子焊错线、焊少线、短路和断路等情况。可通过电压、电流、电阻等物理量的测量，再进行推测，以免通电后对元件造成伤害。2、软件调试。软件调试是在硬件调试完成之后，对其进行同步模拟。最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试，在调试过程中进行查看变量和更改数值等。确保各个模块的子程序的正确与平稳运行，进而使主程序和整个程序都能平稳运行。结语：设计一种基于STC89C52单片机为核心控制芯片。在发音硬件的选择，摒弃了蜂鸣器，而采用了功放LM386加扬声器的组合，音质比单纯采用蜂鸣器好很多。弹奏键盘则采用鼠标按键来代替普通的按键，鼠标按键无论在外形、手感、还是质量上，都更加适合作为电子琴的弹奏按键；另外，还设有2个功能按键，通过单片机IO口控制采集按键的状态，实现歌曲的切换和复位等功能。显示设备则采用一位共阳数码管，通过单片机P0口给出数据信号，可以通过数码管查看当前正在播放的音调编号。参 考 文 献[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）.武汉：华中理工出版社，2000.[2]张友德：单片微型机原理、应用和实验、电子工业出版社.[3]吳经国：单片机应用技术，中国电力出版社.[4]李群芳：单片机微型计算机与接口技术，电工业出版社.[5]王吉鹏等：微机原理与接口技术，高等教育出版社.[6]张晔等：单片机应用技术，高等教育出版社.
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51单片机简易电子琴设计
简易电子琴设计方案第一章一、电子琴的市场分析需求分析改革开放30多年来，中国电子琴市场从无到有，从小到大、从总量 快速扩张到结构明显升级，逐步形成了有中国特色的多样化、多层次 的消费市场。电子琴市场规模比改革初期扩大了几倍乃至几十倍，其 发展成就令世人瞩目。二、设计电子琴的目的1、能够对电子电路、电子元器件、印刷电路板等方面的知识有进一步 的认识，独立对其进行测试与检查。 2、熟悉8051单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够 完成相关软件编程设计工作。3、为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对 出现的功能故障进行分析，及时修改相关软件。 4、对软件编程、排错调试、相关软件的使用技能等方面得到 较全面的锻炼和提高。 5、理解音乐产生的原理、以及单片机内部定时器的溢出中断 编程方法。 6、本次课程设计从硬件和软件两个方面入手，全面具体的掌 握设计思路、方法和过程，使理论和实际相结合，充分锻炼了 动手能力和思维扩展能力。第二章一、概述简易电子琴的方案设计单片机出现的历史并不长，但发展十分迅速，在集成度、功 能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前单 片机以用于工业控制、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。 之所以选用单片机制作电子琴为选题，目的在于从日常生活 能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的 所学所用，也在实践中发现理论的不足，对目前广泛应用的单片 机有了更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。 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 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 未来的时间内仍具生命力。单片机电子琴是单片机应用的一个点， 由点及面，希望以后可以更好的了解和应用单片机技术。二、系统整体方案：? ? ? ? ? 系统整体安排如下： 按下S1键发出1的声音。 按下S2键发出2的声音。 按下S3键发出3的声音。 按下S4键发出4的声音。 8051单片机根据不同的键产生不同的乐曲音符。系统整体软件结构 框图如下：三、原理说明1、频率、声音的实现和产生单片机
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【精编完整版】基于单片机的电子琴的设计_毕业论文说明书
导读：专业工程设计说明书，题目：基于单片机的电子琴设计，院（系）：电子工程与自动化学院，小小的电子琴可以给人们带来美好的回忆，本文设计的电子琴是以单片机为核心元件，基于单片机的电子琴设计以AT89S52单片机作为系统的核心控制部分，最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、显示功能、LED进行节拍指示，设计中应用中断系统和定时计数原理控制演奏器发声，特点是设计思路简单、清晰、成本低、实用，使得本设计具有一定 (此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)
专业工程设计说明书
基于单片机的电子琴设计
院 （系）：
电子工程与自动化学院
测控技术与仪器（卓越）
学生姓名：
指导教师：
2013 年 9 月日
随着人们生活水平的提高，对音乐的演唱和演奏成为了生活中一种不错的休闲娱乐方式。小小的电子琴可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受同时能具有音乐盒的播放功能。但是传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。本文设计的电子琴是以单片机为核心元件，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值、和发展潜力。
基于单片机的电子琴设计以AT89S52单片机作为系统的核心控制部分，通过制作硬件电路和用C语言编写的主控芯片控制程序，并用Keil软件进行编译，然后进行软硬件的调试运行，最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、显示功能、LED进行节拍指示。设计中应用中断系统和定时计数原理控制演奏器发声。可以用它来弹奏和播放乐曲。 特点是设计思路简单、清晰、成本低、实用，可以根据个人意愿改变想要播放的音乐。避免了机械音乐盒体积笨重、发音单调等一系列缺点，使得本设计具有一定的商业价值。 关键词：
电子琴； AT89S52单片机；数码管；LED灯；音调；节拍。
目录 1绪论?????????????????????????????
1.1 电子琴的相关知识??????????????????????
1.2 设计任务要求????????????????????????
1.3 设计方案简介????????????????????????
5 2 设计方案论证????????????????????????
2.1 控制芯片的选择???????????????????????
2.2 LED灯电路的选择??????????????????????? 5
2.3 声音播放电路的选择?????????????????????? 5 3 系统硬件设计及说明??????????????????????6
3.1 系统组成及总体框图??????????????????????6
3.2 元件简介???????????????????????????6
3.2.1 AT89S52????????????????????????? 6
3.2.2 LM386?????????????????????????? 7
3.2.3 LED数码管???????????????????????? 7 3.3 各功能模块原理图??????????????????????? 8
3.3.1 控制电路的设计?????????????????????
3.3.2 时钟振荡电路设计????????????????????
3.3.3 数码管显示电路设计???????????????????
3.3.4 LED显示电路设计????????????????????
3.3.5 键盘电路的设计?????????????????????
3.3.6 声音播放电路的设计??????????????????? 10
3.3.7复位电路的设计????????????????????? 10
3.4 电路总体构成???????????????????????? 10 4 系统软件设计????????????????????????
4.1 音乐相关知识???????????????????????? 11
4.2 软件程序设计???????????????????????? 11
4.2.1 主程序流程图?????????????????????? 11
4.2.2 按键子程序流程图???????????????????? 12
4.3程序编写??????????????????????????
4.3.1 程序开头以及参数定义?????????????????? 14
4.3.2 延时、定时器初始化程序????????????????? 15
4.3.3 音乐演奏程序?????????????????????? 16
4.3.4 主程序??????????????????????????17
4.3.5键盘检测程序??????????????????????? 17 5 组装调试??????????????????????????
5.1 检查硬件连接???????????????????????
5.2 检查软件?????????????????????????
21 6 收获、体会????????????????????????? 21 7 参考文献?????????????????????????? 22 附录?????????????????????????????
绪论 1.1 电子琴的相关知识
电子琴又称电子键盘，属于电子乐器（区别于电声乐器），发音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐的的效果，表现力极其丰富。他还可以模仿多种音色，甚至可以弹奏出常规乐器无法发出的声音（如合唱声，风雨声，宇宙声等）。另外电子琴独奏时，还可以随意类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏性较强的现代音乐。 1.2设计任务要求 主要研究内容为设计一个多功能电子琴，要求如下： （1）通过按键能够发出相应的音符并播放产生乐音，实现演奏； （2）演奏的同时可数字显示当前的音调，利于培养乐感； （3）可以选定播放固定乐曲自动演奏，演奏时LED进行节拍指示； （4）在自动演奏和奏乐的过程中按停止键则中断演奏； （5）可以选择调节音量大或小。 1.3设计方案简介
设计一个基于AT89S52系列单片机的电子琴，利用按键发出相应的音符并播放产生乐音，实现演奏。扬声器发出某个音调，与之相对应的LED亮起和与之相对应的数码管显示当前的音调。使用两个按键，一个用来切换到自动播放歌曲并LED闪烁，另一个在自动演奏和奏乐的过程中按停止键则中断演奏。 2
设计方案论证 2.1控制芯片的选择 方案一： 采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能， 因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。
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基于单片机的电子琴设计
编号:30-322701 | doc 格式 | 547.30K |
1 &方案论证 2
1.1 &控制模块选择方案 2
1.2 &按键选择方案 2
2 &系统硬件设计 3
2.1 &系统组成及总体框图 3
2.2 &元件介绍 3
2.2.1 &AT89S52 3
2.2.2 &LM386 5
2.2.3 &LED数码管 8
2.3 &显示电路 9
2.4 &各功能模块原理图 9
2.4.1 &AT89S52模块电路原理图 9
2.4.2 &键盘扫描模块电路原理图 10
2.4.3 &数码管显示模块电路原理图 11
2.4.4 &音频处理模块电路原理图 12
2.4.5 &电源模块电路原理图 12
3 &系统软件设计 13
3.1 &音乐相关知识 13
3.2 &如何用单片机实现音乐的节拍 13
3.3 &如何用单片机产生音频脉冲 14
3.4 &系统总体功能流程图 15
4 &电路仿真 18
4.1 &ISIS软件介绍 18
4.2 &仿真图介绍 18
4.3 仿真图 19
5 &PCB印制板制作 20
5.1 &印制板制作的要求 20
5.2 &印制电路板图 20
6 系统调试 22
6.1 &软件仿真调试 22
6.2 &软件调试 22
7 调试结论 22
附录1：元器件清单 23
附录2：主要电路原理图 24
附录3：主要程序 25
参考文献： 28
基于单片机的电子琴设计
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
&电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用STC89C52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，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。
本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
& & 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弄正确即可。
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