电子琴1.docx

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电子琴1

智能控制设计大赛

电

子

琴

所在单位:

华南理工大学

自动化学院083班

作者:

刘晨自动化08

周闯自动化08

目录

摘要……………………………………………………………………………4

一、设计原理…………………………………………………6

1．1音乐知识…………………………………………………………6

1．2播放原理……………………………………………………………6

1．3电路原理……………………………………………………………6

二、具体设计及实现………………………………………8

2．1系统总框图…………………………………………………………8

2．2硬件设计……………………………………………………………9

2．2．1主芯片AT89S52……………………………………9

2．2．2矩阵键盘………………………………………………10

2．3软件设计……………………………………………………………14

2．3．1主程序流程…………………………………………………14

2．3．2键盘程序流程………………………………………………15

三、测试、结果及分析…………………………………………………17

3．1基本功能……………………………………………………………17

3．2发挥功能部分………………………………………………………17

3．3其他发挥部分………………………………………………………18

参考文献………………………………………………………………………18

附录一、完整的系统原理图……………………………………………………19

附录二、完整的系统源代码……………………………………………………20

电子琴论文

设计任务与要求

电子琴

一、设计任务

设计制作一个电子琴。

二、设计要求

1.基本要求：

1）可以通过按键控制发音，能够发出1、2、3、4、5、6、7、i等八个音符；

2）可以播放已存储的音乐；

3）能够自动演奏多首（两首以上）乐曲，且演奏方式可选择（如重复播放或者顺序播放等）。

2.扩展要求：

1）可以发出八个以上的音符；

2）进行音调、音量的选择；

3）可以对编奏乐曲进行录音，在按下放音键时能演奏出来；

4）其他。

引言

   单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。

它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。

因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。

   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。

本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。

以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。

本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。

利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。

并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。

   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，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

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。

本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。

以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。

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。

关键词：

单片机键盘扬声器电子琴

一、设计原理

1.1、音乐知识

2.音乐产生的方法；

3.一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，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

现在以单片机12MHZ晶振为例，例出高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示

4.音符频率（HZ）简谱码（T值）音符频率（HZ）简谱码（T值）

5.低1DO26263628#4FA#74064860

6.#1DO#27763731中5SO78464898

7.低2RE29463835#5SO#83164934

8.#2RE#31163928中6LA88064968

9.低3M33064021#693264994

10.低4FA34964103中7SI98865030

11.#4FA#37064185高1DO104665058

12.低5SO39264260#1DO#110965085

13.#5SO#41564331高2RE117565110

14.低6LA44064400#2RE#124565134

15.#646664463高3M131865157

16.低7SI49464524高4FA139765178

17.中1DO52364580#4FA#148065198

18.#1DO#55464633高5SO156865217

19.中2RE58764684#5SO#166165235

20.#2RE#62264732高6LA176065252

21.中3M65964777#6186565268

22.中4FA69864820高7SI196765283

22.1、播放原理

   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，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

   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P2.4反相，然后重复计时再反相。

就可在P2.4引脚上得到此频率的脉冲。

1.3、电路原理

二、具体方案

2.1、硬件设计

2.1.1、芯片AT89S52

AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。

该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。

片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。

通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。

它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。

AT89S52的主要特性如下：

兼容MCS51产品

8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP闪存

4.0V到5.5V的工作电源范围

全静态工作：

0Hz～24MHz

3级程序存储器加密

256字节内部RAM

32条可编程I/O线

3个16位定时器/计数器

8个中断源

UART串行通道

低功耗空闲方式和掉电方式

通过中断终止掉电方式

看门狗定时器

双数据指针

灵活的在线编程（字节和页模式）

AT89S52引脚功能与封装

1．多功能I/O口

AT89S52共有四个8位的并行I/O口：

P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O线。

每根线可以单独用作输入或输出。

2．RST复位输入端。

在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。

看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。

在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。

DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。

3．ALE/PROG地址锁存允许信号。

在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。

在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。

一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。

但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。

在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。

在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。

4．PSEN程序存储器允许信号。

它用于读外部程序存储器。

当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。

在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。

5．EA/Vpp外部存取允许信号。

为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。

但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。

当执行内部程序时，EA应接到Vcc。

在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。

6．XTAL1振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。

7．XTAL2振荡器的反相放大器输出。

AT89S52封装结构图

W．

2.1.24*4矩阵键盘

在作品采用了4*4键盘，只占用8个IO口（P1口）就实现了16个按键，操作过程更加简单、方便。

2.2软件设计

2.2.1主程序流程

音乐播放部分：

音乐弹奏部分

2.2.2键盘程序流程图

本系统中键盘程序分为键盘扫描子程序和按键功能执行子程序。

键盘扫描子程序流程图如下图2-42所示，按键功能子程序流程图如下图2-3-3所示：

图2-4-2按键盘扫描子程序流程图

三测试、结果及分析

3.1基本功能

1）可以通过按键控制发音，能够发出1、2、3、4、5、6、7、i等八个音符；

2）可以播放已存储的音乐；

3）能够自动演奏多首（两首以上）乐曲，且演奏方式可选择（如重复播放或者顺序播放等）。

以上三个要求全部实现

3.2发挥功能部分

1）可以调节音量大小

2）可以发出低音和中音