简易电子琴的设计

东北石油大学课程设计

课程单片机课程设计

题目简易电子琴设计

院系电气信息工程学院测控系

专业班级测控技术与仪器二09-1班

学生姓名刘鑫

学生学号0906********

指导教师刘霞路敬祎

2011年4月6日

东北石油大学课程设计任务书

课程单片机课程设计

题目简易电子琴设计

专业测控技术与仪器姓名刘鑫学号0906******** 一、任务

设计一款基于AT89S51单片机的简易电子琴，实现利用所给键盘的八个键，能够发出8个不同的音调。

二、设计要求

[1] 利用所给键盘的八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。

[2] 当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。

[3] 写出详细的设计报告、给出全部电路和源程序。

三、参考资料

[1] 张毅刚,彭喜元,单片机原理与应用[M].北京:高等教育出版社，2007.10

[2] 张毅刚, MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版,1999.

[3] 李广弟,单片机基础[M].北京:北京航天航空大学出版社，2001.

[4] 杨振江,智能仪器与数据采集系统的新器件及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，2001.

[5] 彭介华,电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社,1997.

完成期限2011.3.28至2011.4.8

指导教师刘霞路敬祎

专业负责人曹广华

2011年3月28 日

目录

第1章绪论 (3)

1.1 电子琴概述 (3)

1.2 简易电子琴技术状况 (3)

1.3 本设计任务 (4)

第2章总体方案论证与设计 (5)

2.1 总体硬件组成框图 (5)

2.2 播放模块 (5)

2.3 按键控制模块 (5)

第3章系统硬件设计 (6)

3.1 中心控制模块的硬件设计 (6)

3.2 播放模块的硬件设计 (7)

3.3 按键控制模块的硬件设计 (7)

第4章系统的软件设计 (8)

4.1 整体软件流程 (8)

第5章系统调试与测试结果分析 (9)

5.1 使用的仪器仪表 (9)

5.2 系统调试 (9)

5.3 测试结果 (9)

结论 (10)

参考文献 (11)

附录1 程序 (12)

附录2 仿真效果图 (14)

第1章绪论

在电子音乐领域，自从20世纪末期MIDI（乐器数字化接口）推出和逐步规范化后，各种乐器及众多数码音视频产品中采用MIDI技术已逐渐成为一种潮流。但是当前各厂商的电子琴产品通常使用自己设计的专用音源，并且软硬件均不对外公开，阻碍了MIDI技术的交流。在开发基于MIDI模块的音乐发生器的过程中，进行了用单片机控制通用MIDI音源模块的相关功能制作电子琴的实践，制作出具有8个按键的MIDI电子琴，该琴支持单音和复音弹奏，单片机以标准的MIDI波特率传送信息，通过串口连接蜂鸣器，从而获得优美的乐音。

1.1 电子琴概述

键盘乐器，采用半导体集成电路，对乐音信号进行放大，通过扬声器产生音响。发音音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果，表现力极其丰富。它还可模仿多种音色，甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音（如人声，风雨声等）。另外，电子琴在独奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适合于演奏节奏性较强的现代音乐。另外，电子琴还安装有混响、回声、延长音、震音和颤音等多项功能装置，表达各种情绪时运用自如。

电子琴是电声乐队的中坚力量，常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。还常作为独奏乐器出现，具有鲜明时代特色。但电子琴的局限性也十分明显：旋律与和声缺乏音量变化，过于协和、单一；在模仿各类管、弦乐器时，音色还不够逼真，模仿提琴类乐器的音色时，失真度更大，还需要不断改进。电子琴的演奏有较大一部分是通过自动和弦伴奏来配合完成的，在音乐中和弦的连接推动了旋律地进行，不同的和声连接，形成了不同的音乐色彩。

1.2 简易电子琴技术状况

本次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的电子琴。本方案以AT89C51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。根据使用者的操作随意弹奏想要表达的音乐。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，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。

1.3 本设计任务

利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。

当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。

第2 章总体方案论证与设计

2.1 总体硬件组成框图

本系统采用单片机AT89C51为电子琴的控制核心，系统主要包括播放模块、按键控制模块。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。

图2-1 总体硬件组成框图

2.2 播放模块

播放模块是喇叭构成。它几乎不存在噪声，音响效果较好。而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。

2.3 按键控制模块

电子琴设有8个按键，其中7个作为音符输入，另外1个作为模式转换按键，实现用户自弹作曲。7个按键分别代表7个音符，包括中音段的全部音符。通过软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现自编歌曲。当需要取消电子琴编曲功能时，再次按下模式转换按键引起外部中断．即可退出电子琴功能而返回原来按键播放处。