基于单片机的简易电子琴电路设计

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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。

（3）数码管显示模块：SM420562段选端接在单片机的P0口，两个位选端分别接在P2^0和P2^1。

（4）蜂鸣器模块：此电子琴发音电路是通过三极管驱动蜂鸣器发音，经过上拉电阻提高驱动能力。

结论：

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：单片机定时中断蜂鸣器数码管c语言编程

1 系统设计

本项目所制作的电子琴控制系统是以51单片机为核心的系统，它主要包括模拟信号 主控芯片89C52、发音单元、显示模块、按键模块组成。具体方案如图1-1所示：

图1-1 系统模块

采用AT89C52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：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；最后用蜂鸣器发音。

2 硬件电路设计

2.1显示部分设计

（1）数码显示方式

数码显示有静态显示方式与动态显示方式两种。工作在静态显示方式时，数码管的位线与电源一直相连，数码管中的二极管均处于通电状态，即在静态工作方式下，显示电路中数码管的位选线是同时选通，而数码管的段选线是独立输入。

工作在动态显示方式时，数码管的位线在扫描控制电路的控制下按设定顺序导通，即电路中的数码管是逐个接通电源，数码管的段选线以并联方式与译码电路联接，即在动态工作

方式下，数码管不是同时导通显示而是按照设定顺序分时导通显示。

（2）八位数码管的结构

本次课程设计的显示电路采用两位数码管进行显示，由于此设计采用的是共阴极的，使用时不加限流电阻为了显示字符，要为LED 显示器段码，除了组成8字形的字符的7段，另加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED 显示器的显示段码为1个字节。

图2-1 数码管电路

2.2按键部分设计

（1）操作键设计

常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。

机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。

导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产。但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。

柔性按键是近年来迅速发展的一种新型按键，可以分为凸球型和平面型两种。柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、键距可按照整机的要求来设计。

但是由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按键。

（2）键盘设计

键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件，它能实现向计算机输入数据，传送命令等

功能，是人工干预计算机的主要手段。

键盘可以分为2类：独立连接式键盘和矩阵式键盘。

矩阵式键盘：

单片机系统中，若按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上．当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。

独立连接式键盘:

独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，然而，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。

独立式按键软件常采用查询式结构。先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O 口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。由于本程序较为简单，为了使用方便及节省资源，选择独立式键盘。下图为独立式键盘电路图：

图2-2独立式键盘电路图

(3)去抖动

键盘编程中主要考虑去抖动的问题。

当测试表明有键被按下之后，紧接着就进行去抖动处理。因为键是机械开关结构，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行行状态输入。为此需进行去抖动处理。去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生。软件消抖，在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键己按下，消除了抖动。