基于的电子琴设计

综合设计任务书

学生班级：学生姓名：学号：

设计名称：电子琴的设计与实现

起止日期：—指导教师：

综合设计学生日志

电子琴的设计与实现

摘要:本次设计是xx专业专业方向设计，利用单片机设计简易电子琴。其主要功能为：按下不同按键，发出不同 1 、2 、3、4 、5 、6 、7 七个音符并且用LED 或LCD显示当前按键。选用stm32f103C8T6，它有8个定时器，部分定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。利用芯片内部相关定时器来输出PWM，从而来驱动蜂鸣器。通过读取外部按键输入的值来相应改变定时器相关寄存器的值，从而来改变PWM的输出频率来达到发出不同音调。

关键词:STM32f103C8T6；PWM；定时器

The Design of the Keyboard

Abstract:This design is the professional direction of biomedical engineering design. Using Single Chip Microcomputer to achieve a simple Keyboard. Its main function is: While a user press the different keys, it will make different sounds from the and display different numbers which corresponded to the sounds. Using stm32f103- -C8T6 as control chip. It has16-bit timers. Some of them with up to 4 IC/OC/PWM or pulse counter. Making use of the Timers to generate driving signal .By reading the state of the external key to change the . Different frequency of the PWM will buzzer makes different sounds. Key words: STM32f103C8T6; PWM; Timer

一、设计目的和意义

本综合设计是为xx专业高年级本科生开设的必修课，是对学生运用所学知识的一次综合训练。其目的是让学生得到一次进行独立设计的工程实践锻炼，不仅培养严谨的科学态度和扎实的实践技能、良好的工程意识，并在设计中学会如何发现、分析和解决工程实践问题的技能和方法，将所学知识综合应用于工程实践中，为后续的毕业设计做好准备。

二、控制要求

利用单片机设计简易电子琴。

功能要求：

(1) 按下不同按键，发出不同1 、2 、3、4 、5 、6 、7 七个音符；

(2) 用LED 或LCD显示当前按键。

总体要求：给出电路原理图、电路调试结果、程序源代码；提交设计报告。

三、设计方案论证

3.1 设计方案：

方案一：采用MCS-51系列单片机来实现设计要求的功能。MCS-51系列单片机中的基本型产品是8051,8031和8751，这三个产品只是片内程序存储器制造工艺不同。8051的片内程序存储器ROM为掩膜型的在制造芯片时已将应用程序固化进去，使它具有了某种专用功能。8位CPU拥有片内震荡器及时钟电路；32根I\O线；外部存储器ROM和RAM寻址范围各64KB；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，2个中断优先级；全双工串行口；8051的中央处理器CPU由运算器和控制逻辑构成51单片机是一款比较基础的单片机。I/O（输入/输出）引脚系统结构紧凑，功能简单，低成本。可以实现各种丰富的应用。通过控制I/O口的输出电平的翻转频率来实现对蜂鸣器发音音调的控制。

方案二：采用STM32f03C8T6来实现此次设计，最高72MHz工作频率。它有多个外部中断，八个定时器，有PWM输出模式，其中2个高级定时器，两个基本定时器，其他的是通用定时器，共48个引脚，除基本的I/O功能之外还包含有复用功能，其外设功能强大，是一款能够很方便使用的功能强大的芯片，同时可以直接对相关寄存器进行操作，。

3.2 方案选择

上述两种方案相比，51单片机虽然价格便宜，但是其功能简单，I/O口少，并且仅仅只有5个中断源，而STM32f03C8T6共48个引脚，并且其定时器有PWM输出模式，可以更加方便的控制蜂鸣器的发音。本次设计包括了七个按键，数码管，蜂鸣器，因此至少需要17个I/O口。因此先比较而言选用I/O口较多的STM32f03C8T6来作为控制芯片。

四、系统设计

4.1 硬件结构设计

如图4-1所示，硬件系统主要由数码管显示电路、蜂鸣器驱动电路、按键电路、晶振、复位、电源指示、转压电路、控制芯片等组成。

图4-1 硬件系统图

4.1.1 核心控制器硬件电路

核心控制芯片的各个输出引脚如图4-2所示：

图4-2 STM32f103C8T6引脚图

核心控制器是由核心控制芯片以及相关的外围电路组成，包括了专业电路、外部晶振、滤波电路、按键复位电路、电源指示电路等，如图4-3所示。

图4-3核心控制器外围电路

4.1.2 蜂鸣器驱动电路

此次设计选用有源蜂鸣器。有源蜂鸣器的发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发音，因此需要一定的电流才能驱动它。单片机的I/O引脚的输出电流比较小输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路，如图4-4所示，选用NPN的三极管来达到电流放大的作用。

图4-4蜂鸣器驱动电路

4.1.3 数码管电路：

设计中需要使用一位数码管，如图4-5所示，为四位数码管的驱动电路，在实际的运用中仅仅选用了com4位选端口以及5、6、7、8、9、10、11、接口作为段选。

图4-5 数码管显示电路

4.1.4按键电路：

按键都采用了上拉电阻，当按键处于不被按下的状态时，连接到单片机的一端的输

入信号为高电平，当按键按下时，输入为低电平，如图4-6所示。

图4-6按键电路

4.2 软件系统设计

4.2.1 软件系统框图

设计选用STM32F103C8T6芯片，相关的配置主要包括：，时钟配置、I/O口配置、定时器配置。主函数中进行显示参数以及PWM输出频率的改变，具体流程图如图4-7所示。

图4-7 软件流程图

4.2.2 数码管显示相关段选计算:

在此次设计中选用的是共阴极的数码管，段选为高电平有效，位选为低电平有效。选用STM32f103C8T6的PB0、1、2、.10、11、12、13、14作为段选位，分别对应数码管的h、g、f、e、d、c、b、a段，PB15对应数码管的位选。