电子琴设计说明书

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1、前 言单片机诞生于20世纪70年代末 ，随着社会科学技术的快速发展,单片机的应用已是相当普遍，其发展速度也是日新月异。单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，例如单片机在智能仪表中的应用、单片机在机电一体化中的应用、单片机在实时控制中的应用、单片机在分布式多机系统中的应用、单片机在人类生活中的应用等等。自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、

2、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。而本次设计也是关于单片机在日常生活中的一个简单的应用，设计作品为单片机简易电子琴。 自单片机诞生之日起，它的意义已非常突出，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。目 录摘要 1关键词11绪论2 1.1本设计的任务和主要内容2 1.2本设计的功能及使用方法2 1.3本设计的基本原理22硬件电路的设计2 2.

3、1 单片机的简介2 2.2放大电路的设计5 2.3显示电路的设计5 2.4键盘电路的设计63软件的设计7 3.1程序的设计7 3.2数据显示子程序的设计7 3.3键盘扫描子程序的设计84 设计总结8致谢8附录1 原理图10附录2 源程序11附录3 元件清单17参考文献18 18摘 要本次设计提出了用AT89S52单片机为核心控制元件,设计一个简易的电子琴。本方案以AT89S52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11个按键和扬声器。根据使用者的操作弹奏想要表达的音乐。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

4、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。 关键词：单片机；按键；扬声器；音阶1 绪 论1.1本设计的任务和主要内容本设计主要是基于AT89S52单片机为主控核心，与键盘，扬声器等简单的电子元件组成的简易电子琴。对电子琴的主体部分电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，故叫简易电子琴。整个设计利用单片机定时器可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，就会发出不同音调原理来设计。首先，利用键盘电路把我所需要发出声音的信号输入单

5、片机；其次通过程序，定时器按设置的定时参数产生中断，这一次中断发出脉冲低电平，下一次反转发出脉冲高电平，由于定时参数不同，就发出不同频率的脉冲，本设计中按键一次，就会调用一个延时程序，在延时后继续检测键盘，若此时又有键被按下，若被按下的仍为原键则声音不变，否则键盘会译出被按下的另一个键的音调。从而实现了一个简易电子琴的功能。通过此次电子琴的制作，深入学习和理解单片机的作用及运用，达到简单的设计，深刻学习的目的。1.2本设计的功能及使用方法设计作品功能：通过8个按钮可以演奏出基本的8种音调：Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si、高音Do；演奏的同时会以数字显示出当前的音调，利于培养乐感；可以

6、自动演示这8个音调；可以演奏内置生日快乐歌；自动演奏时，LED进行节拍指示。使用方法：1通过按下方的8个音调键演奏乐曲；2按演示按钮可以自动演奏这8种音调；3按奏乐按钮可以演奏生日快乐歌；4在自动演示和奏乐的过程中按停止键则中断演奏。1.3本设计的基本原理此次设计主要利用单片机的中断功能，当11个按键中有任意一个被按下时，产生一个低电平，通过软件程序设定其功能（响应）。一定频率产生声音，频率高低决定音调。利用单片机输出脉冲信号经放大后送给喇叭，便可发出声音。本制作中巧妙地利用了单片机的定时器，让定时器中断一次就对改变喇叭的状态一次，即形成矩形方波，这也是数字电路产生声音的方法。2硬件电路的设计

7、2.1 单片机的简介 单片机因其体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用，同时随着我国经济的飞速发展，单片机在越来越多的领域中得到了很好的应用。观察几年以来各家厂商的销售地区比重，可以发现中国大陆市场比重逐渐提升，而在国内单片机多应用于电话、Caller ID、玩具与LCD等产品，预计在未来，销货至大陆的比重仍将持续增加。在中国产品应用领域十分广泛，也与人民生活越来越密切。作为一名电气自动化的应届毕业生来说，理解和掌握单片机的工作原理和使用技巧是必备的技能。基于这种考虑，我此次毕业设计的题目为：简易电子琴。所采用的单片机为AT89S52。2.1.1单片机AT89S52的主要性能 与MCS-51单

8、片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针、掉电标识符。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash

9、，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.1.2 单片机引脚功能P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口

10、。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计

11、数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号 第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，

12、被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电

13、阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存

14、储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C5

15、2由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。2.2放大电路的设计 放大器是一种三端电路，其中必有一端是输入和输出的共同“地”端。如果这个共“地”

16、端接于发射极，则称其为共发射极放大电路，此次设计正是利用共发射极放大电路原理。其放大电路主要作用于声音信号的放大，利用两个三极管（8050）对模拟声音心号进行放大，使效果更真。图1为喇叭驱动电路，扬声器接单片机的P1.0口，喇叭安装在箱体中。 图1 声音放大电路 2.3显示电路的设计 此次设计数码管电路显示为主，当有按键被按下时，数码管显示该按键键号，同时，扬声器发出该键的音阶。比如：当1号按键被按下时，数码管显示1，同时发出dao的音阶，当2号被按下时，数码管显示2，同时发出re的声音。 数码管电路，选用共阳数码管，ADP依次接单片机P0.0P0.7。 图2 数码管显示电路 2.4键盘电路的

17、设计对于电子琴来说，键盘是必不可缺的东西，每个声音的发出都要靠按键的驱动，只有按键被按下时才有信号输入，此时被单片机读取，软件分析后，发出执行指令。 图3 电路中按键连接 另外为了增加该次设计的动态效果，增加了一个闪亮二极管（LED）,即LED电路，LED接单片机的P1.1口。注意，这里的LED是那种通电自己会闪的，这样才能有视频中的效果：图4 发光二极管3软件的设计 3.1程序的设计单片机的应用中，程序是必不可少的东西，就像人的脑袋和大脑一样，单片机是脑袋，而程序就是脑袋中的大脑。没有程序的单片机只能是一个空壳，根本无法完成任何操作。此次设计流程图如下： 图5 流程图 此次设计利用AT89S

18、52单片机控制，每当有按键被按下时，产生一个中断信号，然后单片机识别后，发出相应指令，执行操作。3.2数据显示子程序的设计此次设计采用数码管显示，数据显示子程序采用单片机中断过程，当每有一个按键按下时，检测到有低电平信号，然后调用子程序在数码管上显示相应键号。首先判断是否有按键按下，有按键按下继续判断是那个按键被按下，判断完毕后，显示相应键号，如果没有按键被按下继续判断。3.3键盘扫描子程序的设计本电子琴提供了11个按键，当按下单个键时，产生一条信号，当某个键值被释放时，发送对应的音符关消息。这些信号通过串口发送给单片机，从而产生音乐效果。音乐的时值由按键的时间长度控制，当按键被释放，实时产生

19、信号，关闭被释放的键值音。由P2口的P2.1P2.8构成行列式键盘。如下图 图6 键盘扫描子程序流程图4 设计总结 通过此次设计深入学习了单片机的知识与运用，同时也提高了动手能力，掌握了单片机硬件以及软件的基本知识。本文所述基于AT89S52 单片机的控制系统, 虽然电子琴能够顺利完成音乐功能，但也有缺陷。由于电子琴采用的是特定人识别语音方式，理论上只能识别训练者的命令，但实际上由于误差，电子琴显得很粗糙。所以，在外形设计上，还有待提高。致谢对于此次设计，我付出了不少心血，在此特别感谢指导老师的耐心指导，同时此次设计丰富了自己的所学知识，也进一步提高了自己的学习能力，对单片机也有了新的认识。感

20、谢同学及室友对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，我是很难完成此设计的。我衷心的希望老师身体健康，同学一帆风顺。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！附录1 电路原理图附录2 源程序清单/*程序名称：简易电子琴简要说明：P1.0口输出各音调的频率方波*/#include#define SPK P1_0/定义方波输出口#define LED P1_1#define shumaguan P0 /定义数码管段码输出unsigned int tone1,tone2;/*标准音符表*/用于使定时

21、器初值变化以产生相应频率的定时unsigned char code yinfu=0xfb,0xe9, /Do 0xfc,0x5c, /Re 0xfc,0xc1, /Mi 0xfc,0xef, /Fa 0xfd,0x45, /So 0xfd,0x92, /La 0xfd,0xd0, /Si 0xfd,0xee, /Do# 0x00,0x00 /*音符之间的间隔，只要间隔时间小于65ms时，喇叭不会发出声音，用作拍子之间的短暂停顿*/ ;/*生日快乐歌音调表*/unsigned char code shengri_tone= 1,0,1,2,1,4,3,0,1,0,1,2,1,5,4,0, 1,0

22、,1,8,6,4,3,2,0,7,0,7,6,4,5,4,0 /0代表不发声，即停顿；数字即为音调;/*生日快乐歌节拍表*/unsigned char code shengri_beat= 24,1,24,48,48,48,72,5, 24,1,24,48,48,48,72,5,24,1,24,48,48,48,48,72,5,24,1,24,48,48,48,72,5 /节拍，即tone表各音调的延时;/*自动演示音调表*/unsigned char code yanshi_tone= 1,0,2,0,3,0,4,0,5,0,6,0,7,0,8,0, 8,0,7,0,6,0,5,0,4,0,

23、3,0,2,0,1,0;/*自动演示节拍表*/unsigned char code yanshi_beat= 48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,2,48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,1,48,2;/*15ms延时子程序，用于节拍*/void delay(void) unsigned char n=15;while(n-) unsigned char i; for(i=0;i=33) return;/数值是shengri相关表中的元素数量 /*演奏子程序2*/void play2(void) unsigned char m

24、=0; unsigned char s; unsigned char a=1; while(1) EA=0; LED=0; a=yanshi_tonem; s=yanshi_beatm; tone1=yinfu2*a-2; tone2=yinfu2*a-1; EA=1; while(s-) delay(); LED=1; m+; if(m=32) return; /*按键检测*/void check_key(void) P2=0xff; P3=0xff;/设置为输入状态 switch(P2)/检测按键，输出数码管、载入定时器初值、允许中断 case 0xfe:shumaguan=0xF9;to

25、ne1=0xfb;tone2=0xe9;EA=1;break; case 0xfd:shumaguan=0xA4;tone1=0xfc;tone2=0x5c;EA=1;break; case 0xfb:shumaguan=0xB0;tone1=0xfc;tone2=0xc1;EA=1;break; case 0xf7:shumaguan=0x99;tone1=0xfc;tone2=0xef;EA=1;break; case 0xef:shumaguan=0x92;tone1=0xfd;tone2=0x45;EA=1;break; case 0xdf:shumaguan=0x82;tone1=0

26、xfd;tone2=0x92;EA=1;break; case 0xbf:shumaguan=0xF8;tone1=0xfd;tone2=0xd0;EA=1;break; case 0x7f:shumaguan=0x79;tone1=0xfd;tone2=0xee;EA=1;break; default: EA=0;SPK=0;shumaguan=0xff;/如果没有键按下则关闭中断和数码管 switch(P3) case 0xfb:play1();break; case 0xf7:play2();break; /*主程序*/void main(void) initTimer(); shuma

27、guan=0xff; TR0=1; ET0=1; SPK=0; while(1) check_key(); /*END*/附录3 所需元件清单 元件型号（规格）个数单片机AT89S521电阻1K1330910K9电容10uF130pF2三极管80502二极管通电自动闪烁1晶振11.0592M1数码管共阳1按钮开关四脚11扬声器1万用版1参考文献1 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航空航天大学出版社，1998.2 阎石.数字电子技术基础（第四版）. 北京：高等教育出版社，2000.3 胡汉才.单片机原理及系统设计M . 北京:清华大学出版社，2002.4 何立民.单片机应用技术选编M .北京, 北京航空航天大学出版社 2002.5 马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的C语言应用程序设计（第三版）.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6 谢宜仁. 单片机实用技术问答. 人民邮电出版社，2003.7 徐爱钧，彭秀华.KEIL Cx51 V7.0单片机高级语言编程与Vision2应用实践 2004.8 潘新民.微型计算机控制技术 M .北京：人民邮电出版社，1999.9 彭介华. 电子技术课程设计指导M .北京：高等教育出版社，2000.