硬件电子琴电路模块方案设计

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实验七硬件电子琴设计

采用预置数法可有效地减少设计所占用的可编程逻辑器件资源，本例用此法。置位法：由初始值d计到最大值N-1，再置入初始值d，初始值到最大值N-1共n个状态。可知，低音1的分频系数最大，其值为152，所以公用二进制计数容量N大于“最大分频系数n“，即N>MAX(分频系数n)，故取N=28=256；计数最大值N-1 为256-1=255；初值d的计算：初值d=N-分频系数n 例如中音1的初值d的计算= N-分频系数n=25676=180=（11010100）2 ,即从置入初始值180开始，循环体共有76个状态，实现了 152分频的要求。其它可自己填出。
实验七硬件电子琴设计
一.设计要求
设计一个硬件电子琴：利用EDA实验箱8个
按键作为硬件电子琴的琴键，每按下一个按键，分别产生从中音1到高音1的八个音调，由实验箱蜂鸣器发声；用发光二级管显示当前按键所代表的音调。
2
二、实验设计方法
1、自顶向下设计：根据系统功能划分若干功能模块及各个功能模块之间的互连 2、功能模块设计：设计各个功能模块。对每一模块进行仿真，验证其逻辑或时序是否符合设计要求。 3、总体设计：各底层功能模块互连，完成顶层设计；仿真分析系统逻辑或时序是否符合设计要求。 4、硬件验证：在实验开发板上进行设计系统功能硬件验证。
8
综上
模块1：音阶发生器的设计---完成对键盘按键输入的信号进行检测，并且产生获得音阶相应的分频预置数和发光二极管显示。
框图或电路符号？：
8个按键代表8个音符，如1，2，3，4-按键 KEY(7..0) 语法？：音阶发生器分频预置数
发光二极管显示
返回系统框图
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基于51单片机的电子琴设计

基于51单片机的电子琴设计
0 引言随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向
深入，同时带动着工业、农业、商业、家电以及玩具的日新月异更新，极大地
提高了电子电路及系统设计质量和效率。

本设计是以主控芯片STC89C5l 为中
心器件，辅以小键盘、LCD 显示和功放电路及扬声器等来设计电子琴系统。

同
时详细论述了该系统的设计过程及关键技术。

1 系统硬件组成电子琴的控制电路分为单片机STC89C51、工作指示LED、LCD 显示器、按键输入、喇叭接口等几部分。

其硬件电路结构框图如图
1 所示。

1．1 单片机STC89C51 简介STC 单片机是一款增强型5l 单片机，完全兼容MCS-51。

STC89C51 可以代替AT89C51，而且功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。

该单片机具有40 个引脚，采用双列直插DIP-40 封装。

STC89C51 可以完成ISP 在线编程功能，而AT89C51 则不能。

因此，将
AT89C51 中的程序直接烧录到STC89C51 中后，STC89C5l 就可以代替
AT89C51 直接工作。

STC 推出的系列51 单片机芯片全面兼容其它51 单片机。

STC89C51 内部有E2PROM，可以在程序中修改，而且断电不丢失数据。

此外，还增加了两级中断优先级等等，STC89 系列单片机的基本特性如图2 所示。

tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。

仅供参阅！。

简易电子琴的设计

简易电子琴的设计07电气李骁全修贤沈子泳1.方案论证2. 1.1控制模块选择方案方案一：用可控硅制作电子琴，将220V交流电经变压器降压，再经过滤波，整形获得+13.5V直流电压，将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰张振荡器电路。

但该方案制作成本高且复杂。

方案二：采用A T89C52单片机进行控制，但由于AT89C52在属于低档的单片机，已经面临淘汰，且仿真器价格昂贵，故不采用。

方案三：采用ATMEGA16单片机进行控制，实现的功能基本与52的相当，但是16内部存储空间大，使用起来更加方便。

鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三。

1.2按键控制选择方案本设计用4*4矩阵按键发出1—7七个音，并分有中音高音，其中有一个按键用于切换歌曲功能按键。

2.系统组成总体框图系统框图3.功能模块介绍3.1音色发生器音色发生器通过74LS93对单片机发出的频率信号进行分频，分别是2、4、、8、16分频，再通过加权电路产生笛、双簧，小号、单簧、风琴的基本乐音。

3.2功放电路功放电路图4．主要程序4.1while(1){if(key_press()){k=key_scan();//Music(Table2);switch(k){case 0x0:{ Music(Table1); }break;case 0x1:{ Music(Table2); }break;case 0x2:{ Music(Table3); }break;case 0x3:{ Music(Table4); }break;case 0x4:{ Music(Table5); }break;case 0x5:{ Music(Table6); }break;case 0x6:{ Music(Table7); }break;case 0x7:{if(count>4){count=0;}else{switch(count){case 0x0:{Music(MusicTable1);break;}case 0x1:{Music(MusicTable2);break;}case 0x2:{Music(MusicTable3);break;}case 0x3:{ Music(MusicTable4);break;}case 0x4: {Music(MusicTable5);break;}}count++;}}break;case 0x8:{ Music(Table8); }break;case 0x9:{ Music(Table9); }break;case 0xA:{ Music(Table10); }break;case 0xB:{ Music(Table11); }break;case 0xC:{ Music(Table12); }break;case 0xE:{ Music(Table13); }break;case 0xF:{ Music(Table14); }break;}}5.总结本设计是我们组经过查资料，认真思考而决定要做的作品。

简易智能电子琴的设计

简易智能电子琴的设计摘要：本文介绍了一种基MCU的智能电子风琴的简单设计。

作为本工作主要控制核心的是STC89C52芯片，14个按键、无源扬声器、单片机复位系统等模块构成本作品的核心主控模块。

其中14个按键为2*7矩阵按键形式对应音符高音、中音的1、2、3、4、5、6、7，利用定时器去调节输出的脉冲频率，让蜂鸣器实现高音、中音的1、2、3、4、5、6、7的发音且与此同时让LED发出亮光。

本文其中硬件原理图是用Altium-designer绘制的，软件的编程是通过KeiluVision4对电子琴所编程，再通过proteus绘制仿真图并进行仿真调试，后将准确无误的程序烧录到STC89C52芯片中。

关键词：STC89C52单片机；简易电子琴；矩阵键盘；蜂鸣器第一章总体方案1.1系统设计要求本系统由两个部分构成，一个是自动演奏音乐，另一个手动按键弹奏音乐。

本作品是用C语言对单片机进行编程，使得扬声器能发出14个所需音阶，利用之中的定时器可实现此功能，再将音符所对应的频率存储在程序定义的表中。

具体要求如下:1.能正常演奏和弹奏音乐。

2.14个按键需对应音乐之中高音、中音的1、2、3、4、5、6、7的发音。

3.设置七个红色的LED指示灯，当按键按发声部件发声时需伴随指示灯的变化。

4.按键要按一定顺序摆放，需要与音阶一一对应.5.能自由切换弹奏功能与演奏功能1.2系统总体框图此系统通过14个按键输入所需要的音符，作为电平信号传达给主控核心，主控核心通过辨认，用特定方法将其转换为输出信号，输入至扬声器使其发出目标声音，就此达到能够弹奏不同音符的目的。

本系统主要由电源电路、最小单片机系统、发声模块、LED显示模块和按键模块等所构成，其中用两个按键去实现弹奏和播放功能切换。

上图为此作品系统框架图，主控模块用的是STC89c51最小单片机系统，用9个I/O口作2*7矩阵式按键的接口，用9个I/O口作LED指示灯的接口，扬声器需占用一个I/O口作接收信号作用。

基于单片机的电子琴设计

基于单片机的电子琴设计一、引言二、总体设计方案（一）设计目标设计一款基于单片机的电子琴，能够实现基本的音符演奏、音色切换、节奏控制等功能，并且具有良好的音质和稳定性。

（二）系统组成本电子琴系统主要由单片机控制模块、键盘输入模块、音频输出模块、显示模块和电源模块等部分组成。

1、单片机控制模块选用 STM32 系列单片机作为控制核心，负责处理键盘输入信号、生成音频信号、控制显示等功能。

2、键盘输入模块采用矩阵键盘，通过扫描键盘获取用户的按键操作，将其转换为对应的音符编码发送给单片机。

3、音频输出模块使用DAC 芯片将单片机生成的数字音频信号转换为模拟音频信号，再通过放大器和扬声器输出声音。

4、显示模块采用液晶显示屏，用于显示当前的演奏状态、音色选择、节奏模式等信息。

5、电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，可采用电池供电或外接电源适配器。

三、硬件设计（一）单片机最小系统STM32 单片机的最小系统包括时钟电路、复位电路和电源电路。

时钟电路为单片机提供工作时钟，复位电路用于系统初始化，电源电路为单片机提供稳定的电源。

（二）键盘电路矩阵键盘由行线和列线组成，通过逐行扫描的方式检测按键状态。

将键盘的行线和列线分别连接到单片机的 GPIO 引脚，通过编程实现键盘扫描和按键识别。

（三）音频输出电路选用高性能的 DAC 芯片，如 PCM1794，将单片机输出的数字音频信号转换为模拟音频信号。

为了提高音频输出的质量，还需要添加放大器和滤波电路，以增强信号的功率和去除噪声。

（四）显示电路液晶显示屏通过 SPI 接口或 I2C 接口与单片机连接，单片机通过发送指令和数据来控制显示屏的显示内容。

（五）电源电路根据系统的工作电压和电流需求，选择合适的电源芯片，如LM7805 等，将输入电源转换为所需的电压，并通过滤波电容等元件提高电源的稳定性。

四、软件设计（一）主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机初始化、键盘初始化、音频输出初始化、显示初始化等。

EDA课程设计硬件电子琴及自动演奏要点

郑州航空工业管理学院《EDA技术及应用》课程设计报告届通信工程专业班级题目：电子琴与自动演奏学号：姓名：同组人：指导老师：2013年07月07日1 课程设计要求硬件电子琴设计设计要求：（1）按下KEY1~KEY7 分别表示中音的DO、 RE 、 ME、 FA、 SOL、 LA、 SI.（2）按住KEY8同时按KEY1~KEY7 分别表示高音的DO、 RE 、 ME、 FA、SOL、 LA、 SI；（3）按下相应的键有对应LED灯指示；其他要求：（1）晶振为12 MHz.，采用CPLD 器件为ALTERA 的EPM7064AEL144-7N。

乐曲自动演奏机设计要求：（1）可以在电路上能自动演奏乐曲，在这里我们采用的是贝多芬的《欢乐颂》；（2）有相应的LED灯指示高低音；其他要求：（1）晶振为12 MHz；（2）采用CPLD 器件，为ALTERA 的EPM7064AEL144-7N。

硬件电子琴设计+乐曲自动演奏机最初我们选择的设计是电子琴，但是由于电子琴的设计较为基础，因此我们对电子琴的设计进行了改进，将其与乐曲自动演奏相结合，要求如下：设计要求：（1）按下KEY1—KEY7 分别表示中音的DO、 RE 、 ME、 FA、 SOL、 LA、SI；（2）对于电子琴，按下相应的键有对应LED灯指示；（3）可以在电路上能自动演奏乐曲，在这里我们采用的是贝多芬的《欢乐颂》，且有相应的LED灯指示高低音；（4）能实现电子琴和乐曲自动演奏功能的切换。

其他要求：（1）晶振为12 MHz；（2）采用CPLD 器件为ALTERA 的EPM7064AEL144-7N。

2 整体规划设计分析根据设计要求，由于乐曲自动演奏机和硬件电子琴的设计已经存在，我们对已有的设计进行修改，形成两个不同功能的模块，然后采用元件例化，拼接两个模块，同时附加一个选择功能模块，以实现乐曲自动演机和硬件电子琴两个功能。

硬件电子琴分析对于硬件电子琴，参考了实验时使用的程序，已经达到的要求有：（1）按下key1~key7 分别表示中音的DO、 RE 、 ME、 FA、 SOL、 LA、 S；（2）按下相应的键有对应LED灯指示。

单片机电子琴系统设计

总体概述本设计采用AT89S52单片机作为整个系统的控制核心，具有:音乐琴, 电子钟, LED阵列扫描显示, 液晶字符显示, 循环彩灯五个模块。

音乐琴采用4X4矩阵键盘为输入键盘,共有十六个基本音, 并与其他功能组合, 具有一定的实用性与趣味性, 较好的完成题目要求。

关键词：单片机矩阵键盘频率。

一、音乐琴系统。

1. 电路原理图2．系统板硬件连线1．把“单片机系统”区域中的P1.0 端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN 端口上；2．把“单片机系统“区域中的P3.0 －P3.7 端口用8 芯排线连接到“ 4X4 行列式键盘”区域中的C1 －C4 R1 －R4 端口上；3．相关程序内容音乐产生的方法；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。

现在以单片机12MHZ 晶振为例，例出高中低音符与单片机计数T0 相关的计数值如下表所示下面我们要为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据低音0 －19 之间，中音在20 －39 之间，高音在40 －59 之间TABLE: DW 0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,0,0DW 0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0DW 0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0DW 0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0DW 0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0DW 0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0DW 02 、音乐的音拍，一个节拍为单位（C 调）对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/ 计数器来完成。

整理简易电子琴设计方案51单片机

简易电子琴（51单片机）目录简易电子琴（51单片机） (1)目录 (1)摘要 (1)ABSTRACT ..............................................................................1方案论证1.1原理图 (1)1.2系统板硬件连线 (1)1.3主要芯片简介 (2)1.3.1AT89S51 简介 (2)1.3.2LM386 (4)图1-3 LM386内部电路原理图 (4)Fig1-3 LM386 internal circuit diagram (4)1.3.3LED 数码管 (5)2实现过程 (6)2.1 4X4行列式键盘识别及显示 (6)2.1.1系统板上硬件连线设计 (7)2.1.2程序设计内容（1）4X4矩阵键盘识别处理，每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。

矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。

每个按键的状态同样需变成数字量“0和“1；开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0实现的。

(8)图2.1.1 行列式键盘电路 (8)Figure 2.1.1 determ inant keyboard circuit (8)摘要随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。

我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。

本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。

我们对于电子琴如何实现其功能，如音色选择、声音强弱控制、节拍器、自动放音功能等等也很好奇。

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 AT89S51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。

单片机电子琴方案

方案设计1电子琴设计框图图1 电子琴设计框图2总体设计2.1硬件部分采用AT89S52单片机作为主控制部件，AT89S52用上电自动复位，12MHZ 的晶振和两个电容形成晶振电路。

面键，用于输入音符。

2.2软件部分软件部分采用汇编语言编写程序，单片机汇编语言程序设计步骤如下：第一步:分析问题。

第二步:画出程序的基本轮廓。

第三步:实现该程序。

2.3软硬件调试使用KEIL软件，将程序输入进行编译，编译通过后，则将制作的电路进行联机仿真，检测功能和设计任务能不能实现。

如果不能达到预期效果，则必须重新检查硬件或修改程序。

2.4程序固化经过调试，实现了预期的成果和功能，就可以开始程序固化了。

将程序烧录到AT89S52内部ROM中，然后将单片机放入到电路中，再进行观察。

一. 相关技术简介用电子琴可以演奏出各种美妙的音乐，而音乐是有音符组成的。

不同的音符是由相应频率的振动产生不同频率的声音电信号经扬声器发音后，人耳所听到的便是不同的声音，换言之，只要向扬声器中输入不同频率的电信号就可以产生不同的声音。

若将不同的音节于不同的节拍组合在一起便形成一定的曲调，因此一个单片机I/O 口，通过软件，控制其输出不同频率的信号，就可以产生8个基本音节，将音节以一定的节拍进行组合，便可以产生歌曲。

乐曲中每一音符对应着确定的频率，表1给出C 调时各音符频率。

如果单片机某个口线输出“高” “低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符。

二. 硬件设计1. AT89S52单片机图2 AT89S52单片机< 1)简介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, 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。

基于单片机的简易电子琴电路设计

单片机课程设计任务书题目: 基于单片机的简易电子琴电路设计初始条件：简易电子琴一般具有弹奏一个自然大调7声音阶的功能。

本课程设计，要求用AT89C51等系列芯片实现控制功能，利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用LM386放大电路实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器进行播放“送别”。

要求完成的主要任务:1.设计任务根据已知条件，设计并制作一个简易电子琴。

2.设计要求（1）基本要求：①具备7个按键，能够分别较准确地弹奏出1～7八个音符。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

用EWB或MULTISIM软件完成仿真，之后制作出相应实物，并按规定格式写出课程设计报告书。

（2）扩展要求：（在完成基本要求的前提下，学有余力的同学可完成）①能够弹奏出至少21个音符（三个音阶）。

②能够较便捷地完成音阶的升降。

（用另外三个按键开关实现正常、升8度和降8度的切换）。

时间安排：指导教师签名：年月日基于单片机的简易电子琴控制系统设计摘要目的：本设计主要研究基于AT89C52单片机的简易电子琴设计。

方法：它是以单片机作为主控核心，设置键盘、蜂鸣器等外围器件；另外还用到一些简单器件如：两位数码管，和NPN型三极管及电阻等。

利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用NPN型三极管8550实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器进行播放“送别”。

结果：本设计硬件部分主要由最小系统，按键系统模块、数码管显示模块和蜂鸣器模块组成。

其软件部分主要有主程序模块、定时中断程序、定时计数程序、显示程序。

（1）最小系统：它是单片机应用系统的设计基础。

它包括单片机的选择、时钟系统设计、复位电路设计、简单的I/O口扩展、掉电保护等。

（2）按键系统模块：本设计采用10个按键，其中7个按键用来显示7个音调，其它3个按键可以进行高低中音的切换，并自动播放已存歌曲。

《电子设计》简易电子琴

《电子设计》简易电子琴1、设计任务本次的设计任务是设计一款简易电子琴，其功能是能够通过使用者交互完成播放两个八度声音与音乐的目的。

2、设计方案2.1设计框图本次设计共有两种方案。

第一种方案使用STC89C52RC 单片机。

通过独立按键完成输入，通过扬声器完成声音的输出。

其设计框图如下：图1：方案一硬件框图第二种方案使用STC8G1K08单片机。

通过触摸按键结合单片机ADC 完成输入，通过TC8002功放电路完成声音的输出。

其设计框图如下：图2：方案二硬件框图2.2 各模块设计2.2.1 电源设计（例如）方案一使用的是STC89C52RC 单片机，其工作电压为5V ，通过引脚与5V 外部电源连接即可完成供电。

方案二使用的是STC8G1K08单片机，其工作电压也是5V ，通过TYPEC 接口完成供电。

原理图如下图所示：图3：方案二电源设计2.2.2 输入电路设计方案一与方案二使用两种不同的输入方式。

方案一使用共阴极接法的独立按键与单片机引脚连接，通过单片机检测按键是否被按下完成输入检测。

其原理图如下图所示：图4：方案一输入电路方案二使用触摸检测电路完成输入功能。

使用者接触触摸按键时会改变该电路的电容，使单片机ADC 引脚接收的数据发生改变，进而达到输入功能。

其原理图如下图所示：图5：方案二输入电路2.2.3 扬声器与功放电路两种方案播放声音的设备都是喇叭，但驱动电路不同。

方案一使用的三极管放大电路，其原理图如下图所示：图6：方案一扬声器驱动电路方案二使用功放芯片TC8002完成扬声器的驱动。

该芯片是一颗带关断模式，专为大功率高保真的应用场合所设计的音频功放IC。

它所需外围元件少且在2V~5V的输入电压下即可工作。

它的管脚图如下图所示：图7：TC8002管脚排列图经查看该芯片手册设计的功放电路图如下图所示：图8：功放模块电路图2.2.4 其余电路设计除以上两种模块，还有其余的模块电路如方案一的晶振电路，复位电路，方案二的供电提示电路等。

基于51单片机的电子琴设计

基于51单片机的电子琴设计随着科技的不断发展，单片机技术已经成为了现代电子设备中的重要组成部分。

51单片机作为一种广泛应用的单片机系列，具有高性能、低功耗、高集成度等特点，被广泛应用于各种嵌入式系统开发中。

本文将介绍一种基于51单片机的电子琴设计。

一、系统硬件设计1、单片机选择本设计选用AT89C51单片机作为主控制器，AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，具有4K字节的可编程存储器和128字节的RAM，同时具有丰富的外设接口，如UART、SPI、I2C等。

2、电子琴设计电子琴采用8×8 LED点阵作为输出设备，通过单片机控制点阵的亮灭状态来展示音乐波形。

具体实现方式是将音频信号通过一个运放放大器放大，然后将其输入到LED点阵中，通过控制点阵的亮灭状态来展示音乐的波形。

3、存储模块设计为了实现电子琴曲目的存储和播放，本设计选用了一块AT24C02 EEPROM芯片作为存储设备。

AT24C02是一种串行E2PROM存储器，容量为256字节，可以通过I2C总线与单片机进行通信。

将曲目信息存储在AT24C02中，可以实现曲目的存储和播放功能。

4、按键模块设计本设计采用4×4矩阵键盘作为输入设备，通过扫描按键状态来实现音符的选择和节奏控制。

矩阵键盘的行线连接到单片机的P1口，列线连接到P2口，通过检测行列组合的变化来确定按下的键位。

二、系统软件设计1、音符解码本设计采用MIDI音符编码方式来存储和播放曲目信息。

在解码过程中，根据音符的频率和持续时间计算出对应的音高和节奏信息，然后将其用于驱动电子琴的输出设备展示音乐的波形。

2、演奏控制为了实现节奏控制，本设计采用了一种基于时间间隔的演奏方式。

在演奏过程中，单片机根据设定的节奏间隔时间来触发音符输出，从而实现对节奏的控制。

同时，为了实现曲目的停止和播放功能，我们需要在软件中加入相应的控制逻辑。

3、存储和播放在软件设计中，我们需要实现将曲目信息存储到AT24C02中以及从AT24C02中读取曲目信息的功能。

实验六硬件电子琴电路设计

实验六硬件电子琴电路设计一、实验目的1、学习VHDL与图形相结合的设计方法2、学习利用数控分频器设计硬件电子琴实验。

二、实验仪器PC机，操作系统为Windows2000/XP，本课程所用系统均为WindowsXP（下同），Quartus II 5.1设计平台，GW48系列SOPC/EDA实验开发系统。

三、实验原理1、主系统由3个模块组成，其内部有两个功能模块（如图6-1所示）： SPEAKER.VHD（附录6-1）和TONE.VHD(附录6-2)。

2、模块TONE是音阶发生器，当8位发声控制输入INDEX中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口TONE输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由CODE输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由HIGH输出指示音阶高8度显示。

由附录6-2可见，其语句结构只是类似与真值表的纯组合电路描述，其中的音阶分频预置值，如Tone <= 1290是根据产生该音阶频率所对应的分频比获得的。

3、如果要观察所对应的逻辑图，则打开文件 Flie/new 。

点击 Graphic editor flie 并确认。

双击图形编辑框找到所建工程目录，确认。

（如果重复使用的话，则打开文件Flie/new 。

点击Symbol Editor File找到后缀sym文件）图6-1 硬件电子琴电路结构3、模块SPEAKER中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块SPEAKER由端口TONE获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口CLK12MHZ输入的频率进行分频，之后由SPKOUT向扬声器输出发声。

四、实验步骤1、将附录中的两个低层文件分别建成顶层图形文件，（新建图形编辑窗口，即点击File-new-Graphic Editor file.双击空白处选择所需要的“Tone”和”Speaker”两个模块。

再布线，组成顶层电路）。

2、编译适配附录中2个示例文件，给出仿真波形，最后进行下载和硬件测试实验。

硬件电子琴电路模块方案设计课件

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硬件电子琴电路模块方案设计

2N=Tr/Ti=Fi/Fr （Fi为内部时钟频率，Fr为对应音符频率）（Ti为内部时钟周期，Tr为对应音符周期）
音符与频率对应表
• 可以得到：如果以1MHZ为内部时钟频率，要发出低7SI音（494HZ），我们需要计数 2024个1MHZ时钟周期，其中，当计数到 2024/2=1012个时钟时，将脉冲翻转一次。
模块TONE
• 模块Tone是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由 High输出指示音阶高8度显示。
增加乐曲自动演奏电路
• 在原设计的基础上，增加一个Notetabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在Notetabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，乐曲曲谱真值表放置于名为Music的ROM 模块中。
• 由一个计数器来生成读取ROM所需的地址数据，对ROM以4HZ的频率进行读取，实现控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。
• 需要说明：
• 由于实验板上，只有50MHZ有源晶振，故将用 50MHZ进行分频实现12.5MHZ的时钟，在后续模块Speakera.v中再分频得到近似1MHZ时钟，要求自行设计50MHZ到12.5MHZ的分频模块： div_50_12M.v
注意， 1 ）不能将文件夹放置在软件安装目录下，应放在E盘或DATA盘上 2）要求以自己的学号作为文件夹名
正确选择FPGA目标器件和EDA工具，这次设计的仿真工具采用Modelsim。
• 分别输入ToneTaba.v和Speakera.v的 Verilog HDL文本，进行综合和功能仿真，理解、验证模块功能。

电子琴电路设计

设计模块单片机控制模块把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上；P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4R1－R4端口上。

4×4行列式键盘模块由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音，可随意弹奏想要表达的音乐。

音频放大模块使用LM386音频功率放大器构成音频放大模块。

电路总设计图单片机控制模块单片机系统设计分析采用AT89S51型号单片机，AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上，作为音频放大模块的输入信号；P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4，R1－R4端口上，控制行列式键盘键盘模块。

4×4行列式键盘模块4×4行列式键盘模块分析4×4行列式键盘，每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。

矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。

每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。

键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。

两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。

4×4行列式键盘模块音乐产生方法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。

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