单片机课程设计---简易电子琴设计

单片机

课程设计

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一、需求分析

1.1课题背景

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。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。电子科技也在不断的前进，电子技术正在以不同的方式改变着我们的生活，电子琴设计也是希望给人们带来一些生活的乐趣。电子琴可以应用在很多方面，比如一些简易的玩具上或手机上。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化。

本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。

1.2 课题设计的任务与主要内容

本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简单的电子琴。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。定时器按设置的定时参数产生中断，由于定时参数不同，就会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滤波后，就会发出不同音调。

先根据要求设计硬件电路和编写相应的程序，然后进行仿真调试，最后细心焊接硬件电路图，将程序烤入芯片中，最终达到设计目的。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。

1.3简易电子琴功能概述

单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。AT89C51单片机设计微型电子琴的方法，仅需AT89C51最小系统，扩展一组矩阵键盘，再接一组发光二极管用来指示电子琴的工作状态。

本系统分为两个部分，一个是音乐，另一个就是电子琴。 1.单片机并行连接4*4矩阵键盘和一位数码管

2.利用单片机内部定时器T0的定时功能产生音符所对应的音调

3.经功率放大器后输出至音箱

4.在弹奏音乐的同时将音符显示与数码管

5.具备存储在播放所弹奏的音乐的功能

6.具备示范音乐播放功能

二、 概要设计

2.1硬件系统的组成

嵌入式电路，按键电路，LED 显示电路和三个功能键组成，通过功能键可以选择播放音乐。（按键一：是否录音；按键二：是否播放；按键三：复位键）

该系统通过电子琴按键随意键入所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。

图1 硬件系统总体框图

2.2软件设计流程图

P1

图2 软件设计流程图

2.3工作原理

打开电子琴电源开关后，电子琴默认为弹奏状态（录音LED灯亮表示按键弹奏录音，不亮则普通按键弹奏功能），弹奏/播放显示灯点亮。此时可以进行弹奏音乐，按下矩阵键盘中的任意键，扬声器发相应的音调，数码管显示对应的数字。按下播放按钮，电子琴处于自动播放状态，弹奏/播放显示灯不亮，就会播放刚才弹走过的音乐，并循环进行播放，如果按下录音按键，将录音灯灭掉，此时播放的音乐改变，播放电子琴内置的音乐，并显示相应音符，循环播放。此时，如果按下复位键，数码管显示0，清楚录音，此时系统又处于弹奏状态。

本设计存储了二首音乐，可循环播放.（小星星和欢乐颂）

三、运行环境

3.1硬件环境

3.1.1总体设计软件模型

连线：

P3^7————蜂鸣器

P2^0————连接LED0（模式指示灯：弹奏--亮，播放--不亮）

P2^1————连接LED1和独立开关（录音指示灯：弹奏保存--亮，弹奏不保存--不亮）

P3^2————独立按键，外部中断控制复位键

P3^3————独立按键，外部中断播放/弹奏切换按键

P1————连接数码管显示

P0————连接矩阵键盘

此设计模块实现的功能有:

1.把不同的频率也就是节拍的声音输入到放大器，播放弹奏的声音；

2.在弹奏音乐的同时将音符显示于数码管；

3.弹奏音乐的时候要将音符输入到数码管；

4.播放内置储存的音乐时要显示此时播放的音乐音符；

5.具备存储在播放所弹奏的音乐的功能；

6.复位功能，模式复位、录音清楚，数码管显示为0。

3.1.2 AT89C51单片机相关介绍

1）AT89C51简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51它是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价

廉的方案。外形及引脚排列如图3.2所示。

图3 AT89C51引脚分布图

主要引脚功能：

1、RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间；

2、XTAL1（19）：反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；

3、XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出；

4、P1口（1－8）：P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流；

5、

__

EA/PP V:当__EA保持低电平时，单片机只访问外部程序存储器。__EA为高

电平时，单片机只访问内部程序存储器。

2）芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁