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，