课程设计任务书-基于51单片机的简易电子琴设计

课程设计

课程设计名称：单片机课程设计

专业年级：电子信息科学与技术学生姓名：

学号：

指导教师：

课程设计时间：2013.9.30-2013.10.7 10级电科专业课程设计任务书

学生姓名专业班级学号

题目51单片机的简易电子琴设计

课题性质工程设计课题来源自拟指导教师同组姓名

主要内容

设计一个51单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。要求:

1 设计51单片机最小系统；

2. 设置至少10个按键，能发出do re mi fa sol la SI DO;

能播放示范曲；

3. 能够调节低音、高音和中音。

任务要求1．根据功能要求选择设计方案，并进行论证。2．画出电路的总体方框图和电路原理图。3．说明系统工作原理，对系统进行调试。4．写出课程设计报告。

参考文献1．《51单片机C语言教程》郭天祥电子工业出版社2．《电路》邱关源高等教育出版社

3．百度

审查意见

指导教师签字：

教研室主任签字：年月日说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页

一、设计任务及要求

1. 设计51单片机最小系统，实现简易电子琴操作的电路；

2. 设置至少10个按键，能发出do re mi fa sol la SI DO;能播示范曲；

3. 能够调节低音、高音和中音。根据功能要求选择设计方案，并进行论证。

4.画出电路的总体方框图和电路原理图。

5.说明系统工作原理，对系统进行调试。

二、系统方案设计

1.采用以STC89C52单片机为核心的控制方案

STC89C52是一种低功耗、高性能的8位COMS微控制器，具有8KB的可编程Flash存储器，具有在线编程可擦除技术，当对系统进行调试时，由于程序的错误修改或对对程序新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次插拔，所以不会造成对芯片的损坏，且方便灵活。

基于以上因素本设计选用单片机STC89C52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的电子琴功能。在单片机的外围接8个按钮用于输入控制，其中第8个按钮用来播放一小段音乐。在外接8个发光二极管用来指示音乐的节拍等。

2.设计原理

主要利用单片机中的定时器中断、LED显示、以及扬声器实现了演奏和显示功能。针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性，通过对定时器T0送入不同的初值，调节T0的溢出时间，输出频率可控的方波，从而控制不同音阶的音调高低。而对于音长的控制，则可以向定时器T1送入一个固定

初值，通过控制定时器中断循环的次数，来实现对发音时间长短的控制。对于音符和曲目的显示，主要通过读入键值，判断所选曲目或音符，输出到LED上显示。我们主要使用单片机设计简易电子琴，利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶。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。

3．STC89C52系列最小机系统设计

A．时钟电路设计

时钟电路用于产生STC89S52单片机工作时所必须的控制信号。STC89S52单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。

STC89C52单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为准，有条不紊、一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。

本设计中的时钟电路选择2个30pF的电容、1个震荡频率为11.0592Hz的石英晶体,构成内部时钟晶体电路如图3-1所示

B．复位电路设计

STC89C52的复位是由外部的复位电路实现的复位是单片机的初始化操作，只需给STC89S52的复位引脚RST加上大于两个机器周期（即24个时钟震荡周期）的高电平就可使STC89C52复位。如图3-2所示.当STC89C52进行复位时，PC初始化为0000H，使STC89C52单片机从程序储存器的0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需按复位键即RST脚为高电平，使STC89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。本设计中的复位电路选择1个10uF的电容、1个10K，1个2K的电阻、以及1个复位开关

4. 发音电路接线图

发音电路中包含一个蜂鸣器。在本设计中，用单片机P3.3口来控制发音装置，提供发音信号，经LM386放大之后送给蜂鸣器发出音乐。图4-4为发音装置接线图

5. 键盘电路设计

电子琴键盘采用独立式键盘。其特点是一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O口输入线的电平状态，可以很容易的判断哪个按键被按下，如图4-6所示

6.发音原理

由于本系统可以产生各种频率的声音，所以可由喇叭发出“DO”、“RE”、“ME”……的音阶。系统中的定时器O工作于模式0，计时时长可根据所发音的频率而定，而由频率值推得的定时器计数初值。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。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。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P3.3反相，然后重复计时再反相。就可在P3.3引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51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4-1所示)是：

N＝fi÷2÷fr 4-1

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

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

单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如下表所示