根据单片机电子琴设计

...河南理工大学《单片机应用与仿真训练》设计报告------基于AT89S52单片机简易电子琴设计姓名：学号：专业班级：电信08—2班指导老师：胡治国刘巍所在学院：电气工程与自动化学院2011年11月22 日摘要设计的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，通过脉冲触发产生出电子音调，设计一个简易的电子琴。

以单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器等模块组成控制模块。

该系统运行稳定，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，具有一定的实用与参考价值。

关键词：AT89S52；单片机；脉冲触发；电子琴设计目录1 概述 (4)1.1 功能简介 (4)1.2 功能的实现 (4)1.3 音乐产生原理 (4)2 系统总体方案及硬件设计 (6)2.1 总体方案 (6)2.2 硬件部分 (6)2.2.1 矩阵键盘部分 (7)2.2.2 扬声器接口电路部分 (7)3 软件设计 (8)4 Proteus软件仿真 (11)5 课程设计体会 (12)参考文献 (12)附录1 源程序代码 (13)附录2系统原理图 (27)1 概述1.1 功能简介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。

本简易电子琴的设计可实现的功能如下：程序中预存了一首音乐《月亮代表我的心》，通过一个独立键盘可以实现对该音乐的播放和停止操作的控制。

4*4矩阵键盘的16个按键分别对应着16个不同的音符，分为高、低两个八度，当按下某一按键，会发出相应的音调。

按下按键时，扬声器会发出声音，松开按键后，扬声器停止发声，按键的时间越长，发声时间越久。

连续按下不同的按键，可以实现乐曲的演奏。

1.2 功能的实现功能的实现部分分为软件和硬件两部分来简介。

1.3 音乐产生原理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，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们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，因此，只需将一首歌的音阶和频率相对应即可。

若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。

利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。

就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。

利用AT89S52的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

计数脉冲值与频率的关系式(如式2-1所示)是：N＝fi÷2÷fr 2-1 式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。

其计数初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr 2-2 例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO （523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。

T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr低音DO的T＝65536－500000/262＝63627中音DO的T＝65536－500000/523＝64580高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059我们要为这个音符建立一个表格，单片机通过查表的方式来获得相应的数据，音符表见附录一。

音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）（如表2-1所示）错误!未指定书签。

对于不同的曲调我们也可以用单片机的定时/计数器来完成。

程序流程图如图2.5。

2 系统总体方案及硬件设计2.1 总体方案本设计采用4*4键盘控制通过程序产生高八度和低八度音律，要考虑到软件和硬件的匹配以及硬件电路焊接时的排版问题，否则建会带来不必要的焊接麻烦，在编程序时要注意仿真与实际电路中可能的不符，2.2 硬件部分本设计硬件电路共由以下几部分构成：矩阵键盘部分；扬声器部分；AT89S52主控电路部分；独立按键部分。

2.2.1 矩阵键盘部分设计中采用AT89S51的并行口P3接4×4矩阵键盘，以P3.0－P3.3作输入线，以P3.4－P3.7作输出线。

每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。

矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。

每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。

键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。

两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能，在本程序中，当程序检测到有键按下时，将查表使按键值与预存数据表中数据对应，并调用发声程序。

图2.1 矩阵键盘的连接2.2.2 扬声器接口电路部分仿真中的扬声器一段接CPU的P2^4口，另一端接高电平。

当P2^4口有电平变化时，扬声器被驱动发声。

而在实物制作中，这样是难以实现功能的，需要增加模拟电路以除去多余的干扰信号。

也可选用集成芯片LM386作为扬声器的驱动芯片。

若使用LM386驱动扬声器，通过相应的模拟电路的设计，还可以实现音量的调节。

不过，在平时做实物时，我们一般用一个三极管作为放大器，这次我采用的是8050图2.2扬声器接口电路3 软件设计本设计使用Protues仿真软件进行仿真，在程序设计部分，包括键盘扫描程序，音乐发声程序。

程序见附录1。

4*4矩阵键盘是由CPU控制I/O口来实现扫描的。

具体程序见附录二主程序键盘扫描部分。

键盘扫描程序流程图如图2.4。

程序首先给P3口赋值，然后读取P3的状态，将读取的状态值同所赋值相比较，如果二者不相同，则说明有键按下，子程序将按键值返回主程序；否则，说明没有键按下，程序继续进行下一次扫描。

本系统的软件流程图如下图2.3 系统主程序流程键盘扫描程序流程图图2.4键盘扫描程序流程图音乐发声程序图2.5音乐发声程序流程图4 Proteus软件仿真仿真电路图5 课程设计体会将程序烧入芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。

本设计通过制作电子琴，将几个模块很好的融合，对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并了解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。

说明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，即可构成我们所想要的音乐了，于是我们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，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可，然后我们利用功放电路来将音乐声音放大。

遇到的问题：在刚刚焊接好后，程序烧入芯片后，发现并不发声，经检查才发现是对键盘没看清楚，将键盘接乱了，另外，在硬件电路修改好后，发现每次按键时会引起蜂鸣器一直响，再按键时有可能会消失，经检查后知道是再每按键件程序后蜂鸣器对应参值没有直接置零。

总之，这是一次动手能力的锻炼，也是一次单片机知识的再回顾，还是对自己细心以及耐心能力的考察。

参考文献[1] 贾立新、王涌.电子系统设计与实践[M]，清华大学出版社，2008年2月版；[2] 陶春鸣、陈享成、瓮嘉民.单片机使用技术[M],人民邮电出版社,2008年4月版；[3] 余发山.单片机原理及应用技术[M]，中国矿业大学出版社，2003年12月版；[4] 李光飞.单片机课程设计实例指导[M], 航空航天大学出版社，2004年9月版；[5] 余永权.ATMEL89 系列单片机[M]，北京航空航天大学出版社，2002年4 月版；[6] 胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术[M]，高等教育出版社，2007年12月版；[7] 赵润林，张迎辉.单片机原理与应用教程[M]，北京大学出版社，2007年1月版；[8] 马淑华、王凤文.单片机原理与接口技术[M]，北京邮电大学出版社，2005年10月版；[9] 李建忠.单片机原理及应用[M]，西安电子科技大学出版社，2002 年5月版；[10] 杨子文.单片机原理及应用[M],西安电子科技大学出版社，2006 年4月版附录1 源程序代码#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint key,i,j,time,m,k;uchar temp;uchar STH0,STL0,STH1,STL1;sbit sw=P2^7;sbit speaker=P2^4;sbit P37=P3^7;sbit P36=P3^6;sbit P35=P3^5;sbit P34=P3^4;//月亮代表我的心数据表code unsigned char sszymmh[]={ 0,2,1, 5,1,1, 1,2,3, 3,2,1, 5,2,3, 1,2,1, 7,1,3,3,2,1, 5,2,2, 0,2,1, 5,2,1, 6,2,1, 7,2,2, 1,3,3,6,2,1, 6,2,1, 5,2,1, 5,2,5, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3,1,2,1, 1,2,2, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,3, 1,2,1, 1,2,2,2,2,1, 3,2,1,2,2,2, 1,2,1,6,1,2, 2,2,1, 3,2,1, 2,2,5,};// 音阶频率表高八位code unsigned char FREQH[]={0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC,//1,2,3,4,5,6,7,8,i0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,} ;// 音阶频率表低八位code unsigned char FREQL[]={0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F,//1,2,3,4,5,6,7,8,i0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16,};unsigned int code tab[]={ 64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178,65217};void key_music(){unsigned char tmp;P3=0xff;P34=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;tmp = temp;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);temp=P3;temp=temp&0x0f;//(temp!=0x0f)if(temp==tmp){temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp){case 0x0e:key=0;break;case 0x0d:key=1;break;case 0x0b:key=2;break;case 0x07:key=3;break;}//speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256;temp=P3;temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) {TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f;}TR0=0;speaker = 0;}}P3=0xff;P35=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;tmp = temp;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);temp=P3;temp=temp&0x0f;//(temp!=0x0f)if(temp==tmp){temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp){case 0x0e:key=4;break;case 0x0d:key=5;break;case 0x0b:key=6;break;case 0x07:key=7;break;}//speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256;temp=P3;temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) {TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f;}TR0=0;speaker = 0;}}P3=0xff;P36=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;tmp = temp;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);temp=P3;temp=temp&0x0f;//(temp!=0x0f)if(temp==tmp){temp=P3;temp=temp&0x0f; switch(temp){case 0x0e:key=8;break;case 0x0d:key=9;break;case 0x0b:key=10;break;case 0x07:key=11;break;}//speaker=~speaker; STH1=tab[key]/256; STL1=tab[key]%256;temp=P3;temp=temp & 0x0f;while(temp!=0x0f){TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f;}TR0=0;speaker = 0;}}P3=0xff;P37=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;tmp = temp;if(temp!=0x0f){for(i=50;i>0;i--)for(j=100;j>0;j--);temp=P3;temp=temp & 0x0f;//(temp!=0x0f)if(temp==tmp){temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp){case 0x0e:key=12;break;case 0x0d:key=13;break;case 0x0b:key=14;break;case 0x07:key=15;break;}//speaker=~speaker;STH1=tab[key]/256;STL1=tab[key]%256;temp=P3;temp=temp & 0x0f;while(temp!=0x0f){TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f;}TR0=0;speaker = 0;}}}void timer0(void) interrupt 1 using 0 {if(sw==1){TH0=STH1;TL0=STL1;}else{TH0=STH0;TL0=STL0;}speaker=~speaker;}void delay(unsigned char t) {unsigned char t1;unsigned long t2;for(t1=0;t1<t;t1++){for(t2=0;t2<8000;t2++){;}}TR0=0;}void song(){TH0=STH0;TL0=STL0;TR0=1;delay(time);}void music(void){unsigned int cnt;m=0;time=1;sw=1;cnt = sizeof(sszymmh)/sizeof(char);while(time&&sw==0){if(sw){i=0;continue;}else{k=sszymmh[m]+7*sszymmh[m+1]-1;STH0=FREQH[k];STL0=FREQL[k];time=sszymmh[m+2];song();m=m+3;if(m > cnt) break;}}speaker = 0;}void main(){TMOD=0x01;ET0=1;TF0 = 1;EA=1;while(1){if(sw==1)key_music();else music();}}附录2系统原理图。