基于AT89C51单片机的多音阶电子琴的设计

重庆三峡学院

单片机课程设计报告书

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制作日期2012年11月29日

基于AT89C51单片机的多音阶电子琴的设计

重庆三峡学院

摘要

单片机是电子、计算机及机电专业的一门重要的必修课程。要求我们掌握单片机的基本组成和工作原理、会变程序的一般编写方法、常用接口电路的软硬件设计方法，具备基本的单片机系统应用与开发能力。

随着科技的快速发展，单片机的应用日益普遍。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。本单片机系统设计应用单片机控制技术，用AT89C51单片机为核心控制元件根据本学期所学的单片机知识结合设计了一套单片机控制的电子琴系统。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。

本次设计首先对单片机设计简易电子琴仔细分析，接着制作硬件电路和编写软件的程序，最后进行软硬件的调试运行。并且从原理图，主要芯片，各模块的原理和各个模块的程序调试来阐述。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，实现高、中、低共21个音符的发音和显示和音乐播放时的控制显示，并且能自动播放程序中编排的音乐。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，性价比高等，具有一定的使用和参考价值。

关键词：单片机、电子琴、AT89C51、独立键盘、

目录

第 1 章引言......................................................................................................................... 1.

1. 1 设计背景 (1)

1.2 设计任务 (1)

1.3 设计目的 (1)

1.4 设计思路 (1)

第 2 章方案论证 (1)

2.1 方案论证 (1)

第 3 章硬件系统设计 (2)

3.1时钟电路 (2)

3.2 复位电路 (3)

3.3 原理框图 (3)

3. 4 显示部分设计 (3)

3.5 按键部分设计 (4)

3.6 发音部分设计 (5)

第 4 章软件系统设计 (5)

4.1 系统分析 (5)

4.2 参数计算 (7)

4.3 程序设计 (8)

第 5 章实验结果 (10)

5.1硬件调试 (10)

5.2 软件调试 (10)

5.3 仿真结果 (10)

5.4 结果分析 (11)

第 6 章总结 (11)

附录一：系统整体电路图 (12)

附录二：元器件清单 (12)

附录三：源程序代码 (13)

参考文献 (19)

第一章引言

1.1 设计背景

随着电子科学技术的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作,因此开发本系统希望能够给人们带来更多的生活乐趣。

基于当前市场上的玩具需求量增大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件来实现电子琴的功能，从而可以实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。

鉴于传统电子琴可以用键盘上的“1”到“A”键演奏从低So到高DO等11个音，从而也可以通过单片机实现对十个按键的扩展，实现七个音符键的高、中、低21个音调的显示播放和任意音乐的自动播放。

本次设计将十个音键制作成独立键盘，其中七个为音符键，三个为控制键，并用数码管进行显示，使电子琴的功能更加完美。不但可以实现对按键的显示，而且可以实现对音乐的自动存储和播放，使该设计功能更加完善。

1.2 设计任务

1、根据要求，设计以单片机为核心的多音阶电子琴系统，可随意弹奏想要表达的音乐；

2、针对要求控制的对象完成程序的编制；

3、硬件软件联调，完成题目所要求的功能；

4、有高中低三个音阶，并有显示电路。

1.3 设计目的

1、通过课程设计，使我们能够深入理解单片机系统的工作原理，接口电路的设计及调

试方法，培养综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力；

2、使用AT89C51芯片的串口功能，利用独立式键盘和A T89C51单片机以及扬声器实

现乐曲的演奏；

3、用keil软件进行编程与调试，利用Proteus 7 Professional软件进行绘制硬件电路图且

进行仿真。

1.4 设计思路

用独立式键盘的7个按键分别对应相应的音符，当按下某一个按键时，产生一个相应音符，操作者按一定的节奏、规律进行输入时，信号经过单片机处理，然后经音频放大后经扬声器输出音频信号，产生乐曲。本次设计有一个创新，就是预先存放一段音乐程序在芯片内，整个设计既可以作电子琴用又可以作音乐盒用，且带显示功能。

第二章方案论证

2.1 方案论证

2.1.1总体设计

采用AT89S52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：四位数码管，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；

最后用蜂鸣器发音。

主控芯片采用AT89S52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。避免了由于元器件种类、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。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。具有经济可行性、技术可行性、实物应用性。

2.1.2单片机选型

硬件电路要以单片机作为主控芯片，实现按键输入音符和音调，四位数码管的显示以及低音频功率放大和蜂鸣器发音。针对本设计的功能和用途，采用AT89C51单片机更好，实现功能完全，性价比较高，更适合本设计。

第三章硬件系统设计

3.1 时钟电路

单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，结构图2 中X1、C1、C2。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。

图3-1、时钟电路