简易电子琴的设计文档格式.doc
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（4）能控制播放或暂停播放固定曲目。
指导教师签名：
2014年1月3日
二、指导教师评语：
指导教师签名：
2014年1月3日
三、成绩
验收盖章
2014年1月6日
1
目录
1设计目的 1
2设计思路 1
3硬件设计 1
3.1单片机控制模块 2
3.2按键模块 3
3.3数码管显示模块 3
3.4发声模块 5
4软件设计 6
4.1音乐相关知识 6
4.2音乐播放原理 7
4.3系统总体功能流程图 7
4.44*4键盘扫描流程图 8
5系统调试 9
5.1Keil软件的使用 9
5.2软件调试 10
6电路仿真与分析 10
6.1仿真结果显示 10
6.2分析总结 12
参考文献 13
附件 14
简易电子琴设计
1设计目的
（1）熟悉Proteus仿真软件的使用，了解各元件的功能及作用。
（2）熟悉AT89C52单片机的基本结构、引脚功能、存储器结构等基本知识，以及熟悉一般设计过程。
（3）掌握74LS247芯片的引脚功能及使用方法，以及掌握电路的基本调试能力。
（4）掌握Keil软件的使用方法，以及如何创建文件和编写程序。
（5）利用Proteus仿真软件构建电路图，使用AT89C52单片机，Keil软件设计简易电子琴。
2设计思路
本次设计采用Proteus单片机仿真平台对简易电子琴进行设计。
本设计系统结构图如图1中所示，共有4个模块，其分别为单片机控制模块、按键模块、数码管显示模块和发声模块。
在Proteus中完成硬件的设计，同时采用Keil开发平台软件设计程序，最终实现简易电子琴的设计。
本电子琴既可以弹奏曲子，又可播放设定的曲目。
图1系统结构图
3硬件设计
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。
电子琴是现代电子技术与音乐结合的产物，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，它已经融入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。
本设计是以AT89C52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、数码管等模块组成核心主控制模块。
可细分为单片机控制模块，按键模块，数码管显示模块和发声模块共4个模块。
3.1单片机控制模块
采用AT89C52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。
由AT89C52单片机组成的控制模块如图2所示。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
图2单片机控制模块
3.2按键模块
组成键盘的按键有机械式、电容式、导电式、导电橡胶式薄膜式多种，但不管什么形式，其作用都是一个使电路接通与断开的开关。
目前微机系统中使用的键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型。
编码键盘：
键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路。
非编码键盘：
键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。
在此我们选择非编码键盘。
键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。
按键的闭合与否反应在行线输出电压上就是呈现高电平或低电平。
为了确保单片机对一次按键动作只确认一次按键有效，必须消除键盘抖动所带来的影响。
在此我们采用软件延时来消除按键抖动，其基本思路是：
在检测到有建按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一段延时为10ms的子程序后，确认该行线电平是否仍为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。
当按键松开时，行线的低电平变为高电平，执行一段延时10ms的子程序后，检测该行线为高电平，说明按键确实已经松开。
键盘可分为两类：
非编码键盘和编码键盘。
常见的非编码键盘有两种结构：
独立式键盘和矩阵式键盘。
在此选择非编码键盘中的矩阵式键盘。
按键模块如图3所示。
矩阵式键盘又称行列式键盘，用于按键数目较多的场合。
它由行线和列线组成，一组为行线，另一组为列线，按键位于行、列的交叉点上。
由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键所在的行、列的电平，因此各按键彼此将相互影响，所以必须将行、列线信号配合才能确定闭合键的位置。
图3按键模块
3.3数码管显示模块
常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。
每一段对应一个发光二极管。
这种数码管显示器有共阳极和共阴极两种。
在此选择共阳极LED数码管。
LED数码管的段码为表1所示。
表18段LED段码
显示字符
共阳极段码
C0H
8
80H
F9H
9
90H
2
A4H
A
88H
3
B0H
B
83H
4
99H
C
C6H
5
92H
D
A1H
6
82H
E
86H
7
F8H
F
8EH
LED数码管有静态显示和动态显示两种显示方式，在此根据需要选择静态显示方式。
所谓静态显示就是指无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。
LED数码管处于静态显示方式时，各位的共阳极连接在一起并接+5V;
每位的段码线（a~dp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。
静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。
利用AT89C52单片机的P2端口的P2.0-P2.7连接到两个七段显示译码器74LS247上，且各译码器连接一个七段数码管，数码管的公共端接地。
在数码管上可显示0-9数字。
数码管显示模块如图4所示。
在此用到74LS247七段显示译码器。
输出端（ＱＡ～QG）为低电平有效，可直接驱动指示灯或共阳极LED。
当要求输入0～15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或开路。
当BI为低电电平，不管其它输入端状态如何，QA~QG均为截止态。
当RBI和地址端（A~D）均为低电平，并且灯测试（LT）为高电平时，QA~QG均为截止态，脉冲消隐输出（RBO）为低电平。
当BI为高电平开路时，LT的低电平可使QA~QG为低电平。
图4数码管显示模块
3.4发声模块
了解音乐的一些基本知识后可知，产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。
在本实验中，单片机工作于12MHZ时钟频率，使用其定时/计数器T0，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号，在此情况下，C调的各音符频率与计数值T的对照如下表：
表2音符频率与计数值T的对照表
音符
频率（HZ）
计数值（T值）
低1DO
262
63628
#4FA#
740
64860
#1DO#
277
63737
中5SO
784
64898
低2RE
294
63835
#5SO#
831
94934
#2RE#
311
63928
中6LA
880
64968
低3MI
330
64021
#6LA#
932
64994
低4FA
349
64103
中7SI
968
65030
370
64185
1046
65058
低SO
392
64260
1109
65085
415
64331
高2RE
1175
65110
低6LA
440
64400
1245
65134
466
64463
高3MI
1318
65157
低7SI
494
64524
高4FA
1397
65178
中1DO
523
64580
1490
65198
554
64633
高5SO
1568
65217
中2RE
587
1661
65235
622
64884
高6LA
1760
65252
中3MI
659
64732
1865
65268
中4FA
698
64820
高7SI
1967
65283
T的值决定了TH0和TL0的值，其关系为：
TH0=T/256，TL0=T%256
工作原理：
当矩阵键盘有键按下时，读取相应按键的键值，在音节数组中读出音节频率，定时器T0中断使得P3_7产生该该频率的音调。
发声模块如图5所示。
图5发声模块
4软件设计
本软件设计关键是要实现一种由单片机控制的简单音乐发生器，它由16个音节组成的的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。
4.1音乐相关知识
乐音听起来有的高，有的低，这就叫音高，音高是由发音物体振动频率的高低决定的，频率高声音就高，频率低声音就低，不同音商的乐音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，这7个字母就是乐音的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，这是唱曲时乐音的发音，所以叫唱名。
音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示，休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同的频率，这样就可以利用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。
4.2音乐播放原理
要想播放出一首曲子，了音符以外，节拍也是音乐的关键组成部分。
节拍实际上就是音持续时间的长短，在单片机系统中可以用延时来实现，如果1/4拍的延时是0.4秒，则1拍的延时是1.
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