推荐-AT89C52单片机的简易电子琴设计 2 精品

滨江学院

毕业

题目简易电子琴设计

声明

本人郑重声明：

1、持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。

2、本是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。

3、本中除了引文外，所有实验、数据和相关材料均是真实的。

4、本中除引文和致谢的内容外，没有抄袭其他人或其他机构已经发

表或撰写过的研究成果。

5、其他同志对本研究所做的贡献均已在中作了声明并表示了谢意。

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目录

简易电子琴设计

张盛杰

南京信息工程大学滨江学院09电子信息工程专业，南京 210044

摘要：本主要基于AT89C52单片机进行的简易电子琴设计。通过LCD显示屏、喇叭、键盘等外部器件，使用按键实现各种音调和音符的输入，LCD显示屏进行被操作的按键显示，用放大电路实现低音频信号的功率放大，最后经过调试用喇叭播放相关音乐。本设计的优点是安全，硬件电路比较简单，操作起来便捷容易上手。

关键词：单片机；电子琴；LCD显示屏

1.引言

电子技术伴随着现代社会科学技术的快速发展，它已经改变了人们生活的各个方面，电子琴作为一种新型的的键盘乐器是音乐与现代电子科学技术发展相结合的产物，虽然没有其它乐器那么多鲜明的特点，但是它的简单易学已经让它在现代音乐中占到了一个很重要的位置。而单片机具有强大的编程实现特性和灵活的控制功能，它成为了电子琴中不可替代的重要一部分，本设计的主要任务是用AT89C52单片机作为核心控制元件，设计一个简易电子琴，主要介绍了电子琴硬件系统的组成并对相关软件程序方面做了相关的分析研究和调试。

虽然单片机产生的时间并不是太长，但它的发展速度令人惊讶，它的高水平发展在集成度、可靠性、速度、应用等领域表现的淋漓精致。随着单片机性能的不断提高，它的应用变得更加广泛，目前它已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等多个领域。单片机技术的发展速度非常之快，目前的产品都致力于在各个功能方面进行更加全面的设计研究；在社会消费的需求竞争之下，尽可能地利用单片机的最新技术来研制其应用系统，再利用单片机灵便、性价比高等特点，来确保所设计出来的产品能够具有强大的竞争力和存活力。在社会活动的各个方面中，始终都有单片机的身影；从简易的到复杂的，各个地点，凡是能看到的地方几乎都有使用单片机的需求。虽然现在单片机供应的应用已经普及开来了，但还是有许多单片机尚未涉足到的地方，因此，单片机的应用和需求在现在现代社会的运用中还是有发展的。

电子琴在当前的音乐玩具市场上是一个非常好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件开发出电子琴功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作教学琴、玩具琴等。还可以对相关功能作出一些拓展。参照传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k8”键演奏从低So到高DO等8个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。

2．工作原理

声音是周围空气的震动，音调取决于震动的频率，频率越高音调越高。电子琴按下不同的琴键就会发出不同音调的声音，其实就是产生不同频率的震动。单片机电子琴就是利用单片机产生不同频率的电压波形，推动扬声器或蜂鸣器来发出不同音调的声音。假设电子琴有八个音阶，就对应8个不同的频率，频率越高音调就越高。单片机很容易输出方波信号，那么只要让它产生不同频率的方波就可以了，然后用这个方波信号驱动扬声器就可以了。单片机的按键可以模拟琴键，按下不同的按键就对应不同的频率的方波，就能发出不同频率的声音。

2.1电子发音原理

由于单片机的强大功能，除了在测试控制领域中有着广泛的运用外，还有一些简单而有趣的应用。比如，驱动单片机可以使蜂鸣器和扬声器发出声音，还可以控制其发出不同的声调，从而连接起来构成一个曲子。

目前，市场上有很多种音乐模块和音乐芯片，可以直接产生各种曲子，但是，这种模块价格比较昂贵，电路结构比较复杂，如果系统中仅需要产生简单的音符或者简单的曲子，可以使用单片机配合扬声器产生需要的音乐效果。

一般来说，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐波频率。单片机演奏的音乐基本上都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需要清楚“音调”和“节拍”。在这两个当中，音调表示某个音符所表现的频率的高低程度；节拍表示某个音符所表现的时间长久。音乐播放在本系统中，一般只需按顺序播放音符即可。用单片机播放音乐的方法如下：

（1）复位单片机定时器

（2）将乐谱中的各个音符的音调及节拍转换成各个对应的音调和节拍参数 （3）将乐谱中音符的参数做成数据表格存放在存储器中

（4）通过程序取出一个音符的相关参数......，如此直到播放完毕最后一个音符，根据需要也可循环不停地播放整个乐曲。 2.1.1音调

音调是音乐学中的名词，与平时所说的音高十分相似。在音乐中标准音高为中音C 上方的A 音，它的频率是 f = 440Hz ，把其它的音和它进行比较。 f 1和f 2为两个不同的音符，如果其中一个音符的频率是另外一个音符的两倍时，即

21

2

⨯=

f

f

时，则称

f

2

比

f

1

要高出一个倍频程。

在音乐中音符1（do ）与音符ⅰ之间其中一个的频率正好是另外一个音符频率的两倍，它在音乐学中

被称为相差一个八度音。在一个八度音里，有12个半音。以1--ⅰ八音区为例。12个半音是：1--#1，#1--2，2--#2，#2—3，3—4,4--#4,#4—5,5--#5,#5—6,6--#6,#6—7,7--ⅰ。由于人耳的听觉效果，这12个音节的分度基本上都是以对数关系来划分它们的。因此，只需要知道这12个音符的音高，也就是它们基本的音乐的频率，就可以根据音符之间的倍频程关系得到其他音符基本的音调频率。

在知道了一个音符的频率后，就可以让单片机发出相应的频率所对应的的振荡信号，从而产生相应的音符声音。常采用的方法是通过单片机的定时器进行定时中断，在中断服务子程序中将单片机上外界扬声器的I/O 口来回置高电平或置低电平，从而让扬声器发出声音。为了让单片机发出不同频率音符的声音，只需将定时器预置不同的定时值来实现。 以标准音高A 为例：

标准音高A 的频率 f=440Hz,其对应的周期为：

us f T 2272/1== （2-1）

因此需要在单片机I/O 口输出周期为 T=2272us 的方波脉冲，如图2-1所示

图2-1单片机控制音调示意图

由上图可知： 单片机输出高电平和低电平信号均为：

us T t 11362/== （2-2）

也就是说，单片机上定时器的中断触发时间为1136us 。如果单片机采用定时器工作方式1，它的计数脉冲为振荡器的十二分频信号。如果外接晶振的振荡器频率为f0,那么定时器的预置初值由下式来显示：

f

TT Count t 0

)(12÷

-⨯= （2-3）

式中，Count = 2

16

=65536,

T

HL

是定时器将要确定的计数初值。所以定时器的高低计数器的初值为：

256)12/(256/0

÷⨯

-==f

t Count TT TH （2-4）