毕业论文--基于AVR单片机的简易电子琴设计Word格式文档下载.doc

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摘要

随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分。

电子琴作为一种音乐型玩具更是广泛用于人们的生活中。

日本生产的电子琴音质优美，一般由专业的控制芯片制成，价格较贵无法普及，本论文以ATmega128单片机为核心控制器，研制一种简易的电子琴，价格低廉，便于普及，是一种可做的尝试。

本论文的简易电子琴功能分为硬件和软件两部分完成，采用了Proteus画出原理图并仿真，通过ICCV7FORAVR编程软件对电子琴进行软件编程，然后进行软硬件的调试运行并将程序烧录到ATmega128芯片中。

硬件部分由单片机，演奏和播放控制按键，演奏指示灯和发声器件组成。

此系统具有硬件电路简单、清晰，成本低，软件系统完善，控制系统牢靠，性价比高等优点，具有一定的实用和参考价值。

关键词：

单片机；

ATmega128；

电子琴；

Proteus

DesignofsimpleelectronicpianobasedonAVRMCU

Abstract

Withthedevelopmentandprogressofsociety,musicisbecomingveryimportantinourlivespart.Asamusicaltoykeyboardiswidelyusedinpeople'

slives.Japaneseproductionofbeautifulorgansound,generalcontrolchipmadebyaprofessional,moreexpensivenotuniversal,thispaperATmega128microcontrollercorecontroller,thedevelopmentofasimpleflower,inexpensive,easytospread,isadoItattempts.

Simplekeyboardfunctionofthispaperisdividedintotwoparts,completehardwareandsoftware,usingProteustodrawschematicandsimulation,throughICCV7FORAVRprogrammingsoftwarekeyboardsoftwareprogram,andthenrunanddebughardwareandsoftwareisprogrammedtoATmega128chip.Hardwarepartbythemicrocontroller,playingandplaybackcontrolbuttons,lightsandsounddevicescomposedperformance.Thissystemhasthehardwarecircuitissimple,clear,lowcost,andimprovethesoftwaresystem,controlsystemreliableandcostadvantages,havecertainpracticalandreferencevalue.

Keywords:

:

Microcontroller;

ATmega128;

Keyboard;

Proteus

第43页

湖南大学毕业设计（论文）

目录

第一章引言 1

第二章系统概述 2

2.1.系统的工作原理 2

2.2.系统的需求分析 3

2.3.系统的工作流程 4

第三章系统主要硬件电路的设计 5

3.1.单片机控制系统原理 5

3.1.1.芯片介绍 5

3.1.2.简易电子琴的组成框图 11

3.1.3.简易电子琴的Proteus总体仿真图 12

3.1.4.简易电子琴电路涉及的典型器件说明 13

3.2.单片机主机系统电路 13

3.2.1.时钟频率 13

3.2.2.晶振电路 14

3.2.3.键盘扫描 15

3.2.4.发音电路 16

3.2.5.供电电路 17

3.2.6.硬件电路设计心得 17

第四章系统的软件设计 18

4.1.主程序 18

4.1.1.主程序的流程图 18

4.1.2.主程序 19

4.2.播放音乐子程序 21

4.3.节拍延时子程序 21

4.4.外部中断子程序 22

4.5.端口初始化和初始化外部器件程序 22

4.6.T/C的初始化程序和溢出程序 23

4.7.延时程序 24

4.8.音阶频率表和预存音乐程序 25

第五章调试 27

5.1.Proteus 27

5.1.1.Preteus简介 27

5.1.2.Proteus应用 33

5.2.ICCV7FORAVR介绍 34

5.3.系统调试 39

5.3.1.硬件调试 39

5.3.2.软件调试 40

第六章总结与展望 41

6.1.全文总结 41

6.2.研究展望 41

结束语 42

致谢 43

参考文献 44

第一章引言

当代电子技术的迅速发展，为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，数码摄像机、家庭影院、空调、电子计算机等，都是典型的电子技术应用实例，可谓琳琅满目、异彩纷呈。

电子琴作为一种键式乐器是音乐与现代电子科学技术的完美结合的产物，它简单易学的特点让它在现代乐器中占有重要的地位。

而单片机具有很强的处理功能和控制功能，它成为电子琴中必不可少的一部分。

本论文是以ATmega128单片机为核心控制器设计一个简易电子琴。

主要介绍了其工作原理，硬件组成和软件的研究调试。

虽然单片机产生的时间不长，但它的发展速度惊人，当今社会，我们的生活已经离不开单片机的存在。

从简易的到复杂的，基本能看到的地方都有单片机的需求。

虽然单片机的应用已经普及开来，但还有许多地方可用单片机替代，因此，单片机在现代社会中还是有发展的。

电子琴作为一种音乐性玩具，利用单片机制作的电子琴可以使其微型化，用于玩具琴和教学琴等。

本论文设计的电子琴是很多高档电子琴的基础，对进一步研究电子琴有很大的促进作用。

第二章系统概述

2.1.系统的工作原理

人类通常听到的声音可分为噪声和乐声两种，噪声是无规律的声音而乐声是有规律的声音，简易电子琴所播放的声音主要是乐声。

从人的听觉来感受，乐声有高低之分，当发声物理振动频率高的时候，对应的乐声就高，反之则低。

简易电子琴所使用的乐声范围通常从每秒振动16次（最低音）到振动4186次（最高音），可以划分为97个等级。

人们都知道当物体振动时，能够发出声音。

振动的频率不同，声音的音调也不同。

在简易电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使喇叭发出一定频率的声音。

当按动某个琴键时，就会使它与对应的电装置工作，从而使喇叭发出某种音调的声音。

简单的说就是按键触发信号发给处理器，再由处理器调用音色库音色通过功放电路输出或通过数码接口进行数字输出。

对于一段音乐来说，其是由许多不同的音符组成的，而这些每个音符对用了不同的发声频率，所以简易电子琴可以使用发声系统进行不同频率的发声，并且加以和节拍数对应的延时来产生音乐。

由于乐声是由不同的频率构成的，所以可以使用ATmega128单片机的定时器来产生不同的脉冲驱动发声器件，即可得到对应的音符。

假设ATmega128单片机的工作时钟为8Mhz，使用定时计数器T/C1的工作方式来进行定时操作，表2.1列举了T/C的初始化值和音符的对应关系。

频率

初始化值

440Hz

0xFEE4

494Hz

0xFF03

554Hz

0xFF1F

587Hz

0xFF2C

659Hz

0xFF43

740Hz

0xFF58

831Hz

0xFF6A

880Hz

0xFF72

表2.1ATmega128定时器T/C1初始化值频率关系

一段音乐除了和音符有关系外，和节拍也有关系，也就是ATmega128单片机驱动发声器件发出了乐声长度，其可以使用延时来实现，表2.2则是各个节拍对应的延时长度关系。

表2.2单片机延时和节拍的关系

节拍（1/4节拍标准）

延时长度

节拍（1/8节拍标准）

4/4

125ms

62ms

3/4

187ms

94ms

2/4

250ms

2.2.系统的需求分析

简易电子琴提供了一系列按键来分别对应基本的自然音，当用户按下了对应的按键的时候发出对应的乐声，并且提供相应的指示，此外为了演示，在简易电子琴内还内置了一首音乐可以完整地提供用户播放试听。

设计简易电子琴系统，需要考虑如下几个方面的内容：

I.要播放音乐，则需要一个能发出相应乐声的发声器件，并且使得ATmega128单片机能对该发声器进行驱动。

II.能让用户进行音乐的输入，需要提供和基本音符对应的按键。

III.需要能让用户了解对应的按键已经被按下，需要有对应的指示灯。

IV.要根据相应的乐声基础概念来驱动发生器件发出不同的乐声效果，需要设计合适的单片机软件。

V.当有按键被按下的时候首先判断按键的类型，如果是播放键，则播放预先内置的音乐，如果是演奏键，则驱动发声部件发出相应的乐声，并且给出相应的指示。

2.3.系统的工作流程

系统初始化

有按键被按下

演奏键 播放键

判断按键值

播放内置歌曲

发出相应的乐声

第三章系统主要硬件电路的设计

3.1.单片机控制系统原理

3.1.1.芯片介绍

AVR单片机是1997年由ATMEL公司发布的增强型内置Flash的RISC（ReducedInstructionSetCPU）精简指令集高速8位单片机，其具有执行速度快、I/O口驱动能力强、集成可编程的RC振荡器、片内资源丰富等特点。

其可以分为AT90S系列、ATmega系列和ATTiny系列，其中使用最广泛的是ATmega系列。

ATmega系列单片机包括了ATmega8、ATmega16、ATmega128等多种单片机，它们中功能最强大的是ATmega128，其特点如下：

l支持131条AVR指令，其中大多数指令的执行时间为单个时钟周期，执行速度快。

l内部有32个8位通用工作寄存器，硬件乘法器只需要两个时钟周期，当工作频率为16MHz时性能高达16MIPS。

l内置4K字节的片内SRAM，128K字节的系统内可编程Flash，4K字节的EEPROM。

l内置具有独立锁定为的可选Boot代码区，并且可以通过片上Boot程序实现系统内编程。

l内置4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时计数器T/C和一个实时时钟RTC。

l内置8通道10位ADC，可以组合为8个单端通道或者7组差分通道，其中有2个具有可编程增益（