基于51单片机的电子琴设计【附原理图、PCB和程序】

课程设计说明书

题目：基于单片机的电子琴设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：测控技术与仪器(卓越) 学生姓名：

学号：

指导教师：

2013 年9 月21 日

目录

1 摘要 (1)

2 关键字 (1)

3 设计任务及要求 (1)

4 方案可行性论证 (1)

5 程序框图 (2)

6 关键单元电路与程序介绍 (3)

6.1 复位与震荡电路 (3)

6.2 4x4矩阵键盘 (3)

6.3数码管与LED灯 (4)

6.4 蜂鸣器 (6)

6.5 音乐相关知识 (7)

7 调试过程 (11)

8 总结与体会 (11)

9 参考文献 (11)

10 附录 (12)

10.1 设备与仪器 (12)

10.2 软件 (12)

10.3 原件清单 (12)

10.4原理图与PCB图 (13)

10.5 总程序 (14)

10.6 实物图 (31)

【摘要】：

打造一个多功能电子琴，核心是一块单片机。单片机读取键值，为内置定时器赋初值，定时器每溢出一次，驱动蜂鸣器的引脚电平就取反一次，产生相应频率的方波，即音调；设好键值与数码管段码表的对应关系，键按下时，数码管显示对应音调。

一首音乐储存在一个表中，表中的数据是音调与节拍，单片机读取音符的音调与节拍，根据音调赋予定时器初值，根据节拍决定定时器工作的时间，也就是蜂鸣器响的时间，一个接一个地读取音符，即可播放一首歌曲。

节拍用led灯的点亮个数表示。单片机读取音乐表中的节拍，控制led 灯的点亮个数，达到显示节拍的效果。

特别要注意的是：该方案采用了两个定时器，T0、T1。T0作为驱动蜂鸣器的定时器，要给予高优先级，不然会被T1干扰，音质变差。

【关键字】：单片机、stc89c52、电子琴、C51、keil。

【设计任务及要求】：

1.通过按键能够发出相应的音符并播放产生乐音，实现演奏；

2.演奏的同时可数字显示当前的音调，利于培养乐感

3.可以选定播放固定乐曲自动演奏，演奏时LED进行节拍指示；

4.在自动演奏和奏乐的过程中按停止键则中断演奏；

5.可以选择调节音或小。

【方案可行性论证】：

本课题采用stc89c52单片机作为核心器件，实现基本的音乐弹奏、音乐播放、音调显示和音乐节拍指示的功能。

1.音乐弹奏：通过程序识别4x4矩阵键盘中按下的键的坐标（x,y），

然后根据（x,y）从计数初值表中读取对应的计数初值，赋值给定时器0，定时器产生对应频率的方波，达到播放对应音调的功能。

2.音乐播放：先建立一个包含一首音乐的音调与节拍的表。其中，音调

就是0x01(低音、do)、0x12(中音、re)、0x23（高音、mi）之类的数；节拍就是0x02（半拍），0x04（一拍）之类的数。然后，根据音调读取计数初值，再将计数初值赋给定时器T0 -> 开启定时器T0 -> 读取节拍并延时 -> 关闭定时器T0 。这样就发出了一个音，然后再读下一个音的初值与节拍，重复上一个操作即可。（具体实现方法见附录总程序）

3.数码管显示音调：

①按键：读出按键坐标（x,y），用if语句来判断（x,y）该给数码管赋什

么值，然后从uchar code nu m[] 表中读取这个值赋给数码管(例如P0)。

②播放歌曲时：读入音调，根据音调的值来判断num[i]这个表中的i，再把num[i]赋给P0口。

4.led灯的节拍指示：采用定时器1来控制，作为节拍指示。

①按键时：根据按下的时长来控制led的点亮个数，并且是按一定

的时间间隔逐个点亮；释放按键时，led灯按一定的时间间隔逐个熄灭，从而达到一种比较简单的节拍指示效果。

②播放音乐时：根据音符的节拍，控制点亮到哪一个灯，在点亮那

个灯之前，前面的灯逐个等时距点亮。音符结束后，led灯全部一起熄

灭。这样，达到了一个精确显示节拍的效果。

【复位与震荡电路】：

原件的参数如图所示。

C1,C2 可采用30pF 无极

性陶瓷电容；C3可采用10µF

记性电解质电容。

值得注意的是，晶振不能

随便摸！尤其在通电工作的时

候，触摸容易损坏。自从摸过

一次后，震荡频率变得不稳

定，蜂鸣器声音时好时坏。

【4x4矩阵键盘】：

键盘扫描的基本思路是：先得出触发按键的“行”，即横坐标x,再得出他的“列”，即纵坐标y。

以下是获取横坐标x的代码：

uchar key_x() /*P1口高位接纵坐标（P1.7 - P1.4）低位接横坐标(P1.3 - P1.0)*/

{

uchar i;

P1 = 0x0f; /*有按键按下后对应按键的横坐标电位被拉低（注意低电位引脚不能被高电位引脚抬高，只能是低电位拉低高电位）*/

if(P1_0 == 0)

{ delayms(5); //延时5ms 去抖动

if(P1_0 == 0)

i = 1;

}

else if(P1_1 == 0)

{ delayms(5);

if(P1_1 == 0)

i = 2;

}

else if(P1_2 == 0)

{ delayms(5);

if(P1_2 == 0)

i = 3;

}

else if(P1_3 == 0)

{ delayms(5);

if(P1_3 == 0)

i = 4;

}

else

i = 0;

return (i); //0表示按键未按下

}

获取y的方法与获取x的方法类似，具体可以参考附件总程序。

得到触发按键的坐标（x,y）之后，可以通过x,y的值来确定按键的功能。例如x==1,y==1时（S1按下），可以让数码管显示1：

if(x == 1 && y == 1)

P0 = led_table[1];

或者更方便一点：if(x == 1)

P0 = led_table[y];

就能显示第一行的所有的数了。

【数码管与LED灯】：

数码管：