基于单片机的电子琴设计和实现 电气自动化专业.doc

基于单片机的电子琴设计 摘 要 读书、看电影、听音乐，都是最常见的丰富内心世界的良剂。听音乐，作为陶冶情操、提升境界最便捷的方式，正受到越来越多人们的欢迎。音乐可以很轻松的融入各种场合，给人们带来很轻松的氛围，只有真正的接触它，才可以真正的感受到它的魅力。 本次设计正是基于这样的一种考虑，将实现一种简易电子琴的制作，考虑到市面上的电子琴因型号各异，款式各异，所以在价格方面也会有很大的差别，而这次设计将结合电子琴的功能性以及实用性将成本降至最小化来进行制作。本次设计主要用到的芯片是STC89C51，系统里包含了几大核心模块主要有按键模块 、扬声器模块、数码管模块等。 此次设计主要能实现的功能是：键盘上有12个按键，上面8个分别代表不同的音符键，当触发到某一个按键时扬声器会发出对应的音符，这样只要有完整的乐谱，就可以弹奏出非常美妙的音乐。此外剩下的4个按键是功能键。此次系统的设计不仅涉及到硬件方面还涉及到软件方面，所以得从两方面展开巩固系统。 关键词：STC89C51单片机 电子琴 键盘 Design of electronic organ based on single chip microcomputer Abstract Reading, movies, listening to music are a good dose of the most common rich inner world.To listen to music, as the mold sentiment, enhance the realm of the most convenient way, is being more and more people's welcome。Music can be very easy to integrate into various occasions, to give people a very relaxed atmosphere, only the real contact with it, you can really feel its charm. The design is based on such a consideration, the production of a simple electronic piano,Taking into account the electronic organ on the market due to different models, different styles, so there will be a lot of difference in terms of price,And this design will combine the function of electronic organ and practicality to minimize the cost of production.The design of the main use of the chip is STC89C51,System contains several major core modules are key modules, speaker module, digital control module and so on. This design can achieve the main function is:There are 12 keys on the keyboard, the top 8 respectively represent different notes, when the trigger to a certain button when the speaker will send the corresponding note,So as long as there is a complete score, you can play a very wonderful music.In addition to the remaining 4 buttons,which have some funactions.The system is not only involved in the design of hardware, but also related to the software, so we have to start from two aspects of the consolidation of the system. Key words: STC89C51 electronic organ keyboard 目 录 摘 要 I Abstract II 目 录 III 1 绪论 １ 1.1电子琴设计的背景及意义 １ 2 硬件设计及说明 ３ 2.1系统组成及总体框图 ３ 2.2元件简介 ３ 2.3 各功能模块原理图 ８ 3 软件设计 １１ 3.1 音乐方面知识 １１ 3.2 用单片机产生音频脉冲 １１ 3.3系统总体功能流程图 １１ 4 系统调试 １３ 4.1硬件调试 １３ 4.2 软件调试 １３ 5 毕业设计总结以及心得体会 １４ 参考文献 １５ 致谢 １６ III 1 绪论 1.1电子琴设计的背景及意义 在当代科技迅猛发展的今天，电子产品凭借它的可玩性强、实用性高以及性价比高等特点，迅速吸引住人们的眼球，越来越受到大家的青睐。电子琴作为当代电子科技与音乐相结合的典型代表，在现代音乐中占据着相当重要的地位。电子琴发展于美国，在国外电子琴的使用早已普及，传到中国后，随着人们生活水平的提高也逐渐对电子琴这种性价比较高且实用性较强的乐器产生兴趣，发展至今，电子琴已经成为非常频繁可见的一种乐器。而涉及到硬件的制作就不得不提单片机，单片机因其小巧且功能强大颇受电子爱好者们的喜爱，在硬件设计方面它是必不可少的存在。因此，我选择了简易电子琴这个题目来作为我的毕业设计课题，在提高我的动手实践能力的同时，也能紧密地与实际生活相联系，以不断完善自己设计中的不足。 作为一门对实践能力要求很强的课程，尤其是以单片机相关知识为理论基础的毕业设计课题，其最终的目的是通过本毕业设计启发我们的创造性思维，以便在不远的将来与社会接轨时不至于太过彷徨，毕竟大学四年偏重于理论知识，对于社会实践方面或者说实际操作上还是很欠缺的，所以本次毕业设计一定要认真的才开始努力到结束，让自已有一个完美的结束同样也是一个崭新的开始。单片机并不只是根据拷入编程进行运作的芯片,它是能够把一个计算机系统集成到一个微小的芯片上，单片机又被称为单片微控制器。单片机具有质量轻便、体积小巧、性价比高的优点，为理论学习、实际运用以及实际开发提供了很方便的条件。此外，如果能够掌握使用单片机的能力对了解计算机的原理与结构会有很大的帮助。 1.2 电子琴设计的目标 电子琴在人们生活中已随处可见，所以在设计过程中要考虑很多因素比如说硬件设备的安全性和易操作性以及软件方面的稳定性等。电子琴使用起来很容易上手，基本音符按键是8个，只要有乐谱就可以弹奏音乐，所以说在进行电子琴的设计时要考虑到它的易操作性，不要复杂化，毕竟只是人们娱乐的一种方式。 做出的电子琴成品看起来也许很简单，但在实际设计过程中还是会遇到很多麻烦，比如说在硬件方面器件选型错误，预想的电路出现问题，在软件方面出现逻辑故障等等，这些都将是设计过程中不可避免的一些问题，需要我们耐心的不断进行调试才能完成最终的设计。此外还需要考虑到电子琴制作的成本问题，毕竟我们只是大学生，而且此次设计的目的只是锻炼自己的动手和实践能力，所以在成本花费上尽量要合理些、可控些，主要的资金应该是花费在元件的购买上，所以在刚开始的元件选型上一定要注意，避免资金不必要的浪费，而在后期电路焊接式也要注意元器件的损坏，避免器材的浪费。如果能够考虑到以上这些因素，我相信本次设计一定可以低成本、高效率圆满的完成。 2 硬件设计及说明 2.1系统组成及总体框图 按照设计上的大体需求，首先得对机型进行合理的筛选，然后有一个清晰的电路规划对各个模块需要使用的元件有清晰的了解，便可以在此基础上对电路图进行设计来制作我们想要的功能模块。 本次选题是基于单片机的电子琴的设计，单片机是在12MHZ时钟频率下运行的，会用到单片机的定时/计数器T0，工作模式为1，若想得到不一样频率的脉冲信号可以改变TH0和TL0的计数值。本设计主要实现的功能是 键盘上分布着12个按键，上面8个分别代表不同的音符，当触发到某一个按键时扬声器会发出对应的音符，这样只要有完整的乐谱，就可以弹奏出非常美妙的音乐。此外剩下的4个按键，其中一个可以随机播放已经内置好的三首音乐，剩下3个分别能实现暂停音乐的播放、选择上一首歌曲播放、选择下一首歌曲播放的功能。但是若想弹奏出真正的音乐并不是只依靠单片机发出的音频脉冲来传递到驱动扬声器就可以实现的，我们必须要通过功率放大电路来提供给它一定的驱动能力才可以实现最终的音乐播放。 音频功放电路 按键 STC89C51 扬声器 LED显示电路 图2-1 系统模块结构图 2.2元件简介 2.2.1 STC89C51 STC89C52不但在功率损耗方面较低而且在性能方面有很高的优势，Flash闪存可以进行编程，不用将元件从电路板上拿下来就可以编程，如果原有程序不再需要也可以进行擦出，重新写入代码。 很多实用性不错的且比较有效的解决方案都用到STC89C52，是因为单芯片上拥有在系统可编程Flash以及灵活度非常高的8 位CPU。具有以下标准功能： 8k字节闪存，512字节随机存取存储器，有三个16位的定时器/计数器， 32 位输入/输出端口，看门狗定时器，内部有4KB 电可擦可编程只读存储器以及MAX810复位电路，可以同时发送和接收数据。此外可以将STC89X52 调到0Hz 静态逻辑操作，拥有2种可选择的节电模式。在闲置模式下CPU不会继续工作，但是RAM和串口以及中断定时器/计数器可以一直运作。如果是突然没电了，会对RAM的内容进行保存不用担心丢失数据，会停止振荡器的工作，微控制器的所有工作暂停，在遇到中断或者硬件复位信号时，则开始继续工作。 图2-2 STC89C51引脚图 DIP封装 单片机片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。 （一）STC89C52主要功能、性能参数如下： （1）计算机完成一个基本操作所花费的时间为12个时钟，增强型为6个 时钟； （2）闪存为4KB; （3）随机存储器内存为512B； （4）有1个通用异步收发器; （5）拥有在系统编程（写入编程是，芯片可以不从板上取下）和在应用编 程； （6）通用输入端口32个，通用输出端口36个； （7）40根输入/输出引脚塑料包封双列直插式封装、40脚的带引线的塑料芯片载体.表面贴装型封装、塑料方块平面封装。 （二） STC89C52引脚说明： P0口：P0口是8位高阻状态的地址/数据总线复用口，每个引脚都能吸收8TTL逻辑门电路中电流。将P0口定义成高阻输入是在P1口的管脚被第一次写入“1”的时候。 P1口：P1口是带有内部上拉电阻的8位双向输入/输出