单片机课程设计剖析

河南理工大学

《单片机应用与仿真训练》设计报告

题目:基于单片机的电子琴设计

姓名：吴章艳方世巍

学号：310808010403 310808010409

专业班级：电气08—04班

指导老师：刘巍

所在学院：电气工程与自动化学院

2011年7月1日

摘要

本设计是利用AT89S52单片机来对电子琴的主体部分进行设计，主要运用了AT89S52单片机的定时、中断功能。定时器可以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后，就会发出不同音调。以STC89C52单片机为核心控制元件，与键盘、扬声器等部件组成核心模块设计电子琴。

定时器按设计的定时参数产生中断，这一次中断发出脉冲低电平，下一次取反发出脉冲高电平，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改变喇叭的状态一次，即形成矩形方波频率信号，每个频率信号对应不同的音阶，再分别由对应的按键控制，当相应的按键按下后便可产生相应的音调。首先设计电子琴的硬件电路和软件部分，设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现，然后利用电路仿真软件Proteus进行仿真，完善电子琴的软硬件设计，最后进行软硬件的调试运行，最终实现了电子琴的基本功能。

电子琴能够为教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时，提供更为快捷、简便、有效的教学手段。该设计为未来进一步实现高性能电子琴产品奠定一定的基础，这对提高音乐教学质量具有重要意义。

关键词：AT89S52单片机、按键、扬声器、电子琴

目录

1 概述 (3)

1.1电子琴设计背景 (3)

1.2 设计目的及内容 (3)

2 系统总体方案及硬件设计 (4)

2.1系统总体结构图 (4)

2.2 系统硬件设计 (4)

2.2.1元件简介 (4)

2.2.2 AT89S52模块电路 (8)

2.2.3 键盘扫描模块电路 (9)

2.2.4 数码管显示模块电路 (10)

2.2.5 声音输出部分模块 (11)

3 软件设计 (12)

3.1音乐相关知识 (12)

3.2如何用单片机实现音乐的节拍 (12)

3.3如何用单片机产生音频脉冲 (13)

3.4系统总体功能流程图 (14)

4 Proteus软件仿真 (16)

5 课程设计体会 (17)

参考文献 (18)

附录电子琴程序清单 (19)

1 概述

1.1电子琴设计背景

电子琴音色优美，音域较宽，和声丰富，表现力及其丰富。它可模仿多种音色，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏性较强的现代音乐。它还能够作为独奏乐器出现，具有鲜明的时代特色，深受广大音乐爱好者的喜爱，又是我国广大中小学生学习音乐的重要工具，而且电子琴容易制作，价格便宜，有很好的市场前景。

随着科技的不断发展，电子产品也在不断地进步。现在的电子产品越来越接近智能化，性能也精益求精。现阶段，单片机发展日益成熟，而且发展迅猛，以单片机为核心部件的电子琴将会比以555定时器为核心部件电子琴的性能更加稳定，而且依靠单片机强大的编程功能更容易实现电子琴各音节所对应频率的产生，可以随意弹奏想要表达的音乐，而且制作简单，成本低所以此设计具有很现实的意义。

1.2 设计目的及内容

本设计的目的主要是复习并运用我们所学的单片机知识，同时通过本次设计能够对电子电路以及作图软件等方面的知识有进一步的认识和掌握：熟悉AT89S52单片机的内部结构和功能，合理利用其功能实现简单设计，能够完成相关软件编程设计工作，掌握一般的简单电子电路的设计方法。

本次设计的主要内容是利用运用单片机的定时、中断功能编程设计出具有发出以C调为标准音Dou、Ruai、Mi、Fa、Sou、La、Si和高音Dou八个音的功能并通过16个按键控制弹奏出音乐的电子琴。它包括放大电路，时钟电路、复位电路以及键盘接口电路四部分。

2 系统总体方案及硬件设计

2.1系统总体结构图

本设计是利用AT89S52单片机来对电子琴的主体部分进行设计，主要运用了AT89S52单片机的定时、中断功能。定时器可以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后，就会发出不同音调。以STC89C52单片机为核心控制元件，与键盘、扬声器等部件组成核心模块设计电子琴。其系统结构图如图2-1：

AT89S52是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89S52单片机在电子行业中有着广泛的应用。其PDIP封装芯片如图2-2所示：

图2-2 AT89S52 PDIP封装芯片

AT89S52为8位通用微处理器，其管脚图如图2-3所示，主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd （9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS （20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0-P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。

图2-3 AT89S52 PDIP封装芯片管脚图

P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。 Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。

P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI 指令）时，P2