单片机课程设计51系列

单片机课程设计可存储式电子琴

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摘要

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。我们设计的这个简易电子琴以单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有4*4的矩阵键盘设计成16个音。本系统运行稳定，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，具有一定的实用和参考价值。

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。此外，本系统还实现了实时存储，能将演奏的音律存储起来并一块演奏出来。

关键词：单片机；按键；蜂鸣器；音阶；电子琴；可存储

目录

1 概述 (1)

1.1电子琴设计目的及意义 (1)

1.2设计任务 (1)

1.3设计项目与功能简介 (1)

1.31 设计项目简介 (1)

1.32 系统功能简介 (2)

2 硬件设计及说明 (3)

2.1 硬件系统设计 (3)

2.2 元件简介 (3)

2.21 STC89C52 (3)

2.22 蜂鸣器 (4)

2.23 矩阵键盘 (5)

2.24 LCD1602 (6)

3 软件程序设计 (7)

3.1 软件系统设计 (7)

3.2音乐相关知识 (9)

3.3 产生音频脉冲 (9)

3.4 识别矩阵键盘 (10)

3.5 LCD实时显示 (11)

3.6实时存储音律信息 (13)

4 系统调试 (13)

4.1 硬件调试 (13)

4.2软件调试 (13)

5 课程设计个人分工及心得体会 (15)

5.1个人分工 (15)

5.2心得体会 (15)

致谢 (15)

参考文献 (16)

附录 (17)

1 概述

1.1电子琴设计目的及意义

随着当代科学技术的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此电子琴的设计不仅能够提高我的实践动手能力，还与实际生活有着紧密地联系。

单片机是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是单片机的相关知识。其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握小型数字系统的组装和调试技术，掌握查阅有关资料的技能。

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机

系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

1.2设计任务

本设计要求利用8051单片机的控制程序结合LCD，设计一台数字式可存储式电子琴。其基本要求为:(1)使用LCD显示器来显示音阶输入的相关信息；（2）当按下键盘组相对按键，压电喇叭会发出相对音阶单音，共有2个8度音阶；（3）所有单音会存入8051

内而保存起来；（4）至多可以输入64个单音，可以一起演奏出来；（5）演奏时可以按

键中断；（6）可以实时显示目前正演奏的单音码。

1.3设计项目与功能简介

1.31 设计项目简介

本项目设计是采用 STC89C52 单片机作为核心，利用单片机技术、无源蜂鸣器、4x4 键盘、SPEAKER、以及LCD显示屏实现原理图设计到电路板设计开发，并用 C51 高级语言进行键盘识别程序设计和音频脉冲输出程序与音频存储程序的设计。最终能够实现乐曲演奏和音律存储以及自动播放，并且可以通过LCD显示屏显示音符。

1.32 系统功能简介

（1）能实现基本的琴键功能。

即按下每一个琴键，单片机能够检测到键盘的按键，并通过键盘的位置，通过程序来控制，使蜂鸣器发出不同频率的声音。

（2）能够实现LCD显示按键。

每按下一个按键时，单片机能够检测到所按下的按键，然后通过按键的位置通过程序控制来实现在LCD中显示相应按键。

（3）能够实现实时存储。

每按下一个按键时，发出一个单音并能将其存储起来。然后，通过一个播放键将所存储的音乐播放出来。

（4）能够实现按键中断。

在播放音乐时可以按下中断键使音乐暂停与播放。

2 硬件设计及说明

2.1 硬件系统设计

硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的结构图。

该设计要实现一种由单片机控制可存储式电子琴，因为这是一个比较简单的系统,而STC89C52单片机经济实惠，也有很多优点，其性能完全可以满足设计的需求，所以我们选择STC89C52来作为此设计项目的核心。电子琴首先必须要有按键，又要求输出16个音阶，所以我们采用了4X4矩阵键盘。另外LCD显示器件具有工作电流小、重量轻、功耗低、寿命长、字迹清晰美观等优点，在便携式仪表、低功耗应用的仪器仪表中得到了广泛应用，所以我们选用了LCD1602来实现显示相应音符，其总体框图设计如下：

图2.1 系统结构图

2.2 元件简介

2.21 STC89C52

STC89C52是一种带 8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方