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。

第3章系统硬件设计为使该模块化简易电子琴系统具有更加方便和灵活性，对系统的硬件做了精心设计。

硬件电路包括发声模块、按键模块、单片机晶振模块等三大模块。

3.1 中心控制模块的硬件设计本次设计中中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。

其中P1口作为输入口，连接蜂鸣器驱动电路，而P2口连接按键控制电路，从而实现播放音乐的功能。

要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成，单片机最小系统如图3-1所示。

时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz 石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。

复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。

单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。

本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。

图3-1单片机最小系统3.2 播放模块的硬件设计如图3-2所示,播放模块其实就是喇叭,它接到P1.0口上当有按键按下时,它就会发出声音。

LS1SPEAKER图3-2播放模块硬件连接图3.3 按键控制模块的硬件设计在P2口十连有8个按键并加有8个拉电阻.它们一端接5V电源,一端接地.在仿真时,只要有一个键被按下,并被单片机扫描到,则会使播放器发出声音。

如图3-3所示：图3-3 按键控制模块的硬件连接图第4章系统的软件设计软件是该电子琴控制系统的重要组成部分，在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计，将系统的各部分功能编写成子模块的形式，这样增强了系统软件的可读性和可移植性。

4.1 整体软件流程本系统主程序流程如图4-1所示。

图4-1 软件程序流程图第5章系统调试与测试结果分析5.1 使用的仪器仪表单片机仿真器5.2 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。

由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：中心控制模块的调试，音乐播放模块的调试，按键控制模块的调试等，最后将各模块组合后进行整体测试。

5.2.1硬件调试对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。

5.2.2软件调试软件调试采用单片机仿真器及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误。

5.2.3硬件软件联调将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。

5.3 测试结果此次系统设计结果较好，分别播动8个按键会发出8种高低不同的声音，如果送入音乐程序，则会播放歌曲。

结论本方案以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。

用单片机控制播放模块和按键控制模块制作出的电子琴，结构简单，可靠性高，并且价格低廉，具有实用的价值。

在实际操作时，可以利用不同的频率组合构成想要的音乐。

这种电子琴能够支持单音和复音弹奏，如果与高品质的音源芯片连接，音质更可与高档电子琴相媲美。

参考文献[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.附录1 程序ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP INT_T0ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H ;初始化堆栈指针MOV 30H,#00 ;定时器初值清零MOV 31H,#00MOV P1,#0FFH ;设置P1口为输入模式MOV TMOD,#01H ;设置定时器0为工作模式1SETB ET0 ;开定时器0中断SETB EA ;开总中断CLR TR0 ;关闭定时器0START:MOV R0, P2CJNE R0,#0FFH,KEY1 ;键盘扫描CLR TR0SJMP STARTKEY1:CJNE R0,#0FEH,KEY2 ;K1键按下MOV 30H,#0FBH ;设置音阶1MOV 31H,#0E9HLJMP SET_TIMERKEY2:CJNE R0,#0FDH,KEY3 ;K2键按下MOV 30H,#0FCH ;设置音阶2MOV 31H,#5CHLJMP SET_TIMERKEY3:CJNE R0,#0FBH,KEY4 ;K3键按下MOV 30H,#0FCH ;设置音阶3MOV 31H,#0C1HLJMP SET_TIMERKEY4:CJNE R0,#0F7H,KEY5 ;K4键按下MOV 30H,#0FCH ;设置音阶4MOV 31H,#0EFHLJMP SET_TIMERKEY5:CJNE R0,#0EFH,KEY6 ;K5键按下MOV 30H,#0FDH ;设置音阶5MOV 31H,#045HLJMP SET_TIMERKEY6:CJNE R0,#0DFH,KEY7 ;K6键按下MOV 30H,#0FDH ;设置音阶6MOV 31H,#92HLJMP SET_TIMERKEY7:CJNE R0,#0BFH,KEY8 ;K7键按下MOV 30H,#0FDH ;设置音阶7MOV 31H,#0D6HLJMP SET_TIMERKEY8:CJNE R0,#7FH,NOKEY ;K8按下MOV 30H,#0FDH ;设置音阶8MOV 31H,#0FBHSET_TIMER:SETB TR0 ;发声SJMP STARTNOKEY:CLR TR0 ;无键按下SJMP STARTINT_T0: ;T0中断服务程序MOV TH0,30H ;定时器赋初值MOV TL0,31HCPL P1.0 ;输出方波RETIEND附录2 仿真效果图东北石油大学课程设计成绩评价表指导教师：年月日。