基于单片机的简易电子琴的设计与制作毕业论文Word下载.docx
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在21世纪到来之际，电子技术的发展相当迅速，因此它正逐渐影响并改善着人们的学习，工作和生活。
基于目前市场上电子产品的大量需求，而简易电子琴就是其中一个非常好的应用。
因此，希望本论文在研究基于51单片机的简易电子琴能够给人们在生活上带来更多的乐趣，同时可以利用单片机技术来实现简易电子琴的功能，即利用软硬件相结合的方法，来实现它的微型化。
简易电子琴还具有制作简单，成本低、体积小、控制方便和比传统的电子琴功能更加完善等优点。
1.2国外研究情况
自20世纪90年代以来，电子琴的应用已遍及全国，因此对国外电子琴的核心技术，工艺设备、技术应用以及它的发展趋势的了解，对于整个企业在提升产品技术的规格、提高市场的竞争力上来说非常的关键。
它在国外也同样被人们所熟知，所喜爱，被广泛的研究，并且在这个领域，人们取得了非常多的令人可喜可贺的研究成果。
目前，电子琴已被广泛用于教学当中，因此，它的相关理论和教学体系也在不断得改进和完善中，以国外双排电子琴为例，国的双排电子琴的如今的发展，主要表现在就业方面，我国多年来先后培养了很多优秀的双排键音乐人才，他们大多在我国的重点音乐学院从事教学工作，为我国的双排键音乐事业的发展在一定程度上起到了积极的推动作用。
国外（日本）双排电子琴的发展现状，主要表现在两个方面，一是课程设置上，二是音乐院校的就业情况。
课程设置分必修课和选修课，其中必修课为双排电子琴专业课程，双排电子琴即兴演奏，声乐课程和音乐美学作曲编曲法；
选修课为钢琴专业课，音乐基础研究等课程。
通过科学和系统的教学，使得学生们在走向社会时，能够适应各种各样的工作。
所以他们的就业情况很乐观，分布也很广泛，比如说在音乐培训机构教学，在各个艺术团体参加表演，在福利院，疗养院等工作。
1.3研究的容
用一个AT89C51单片机设计一个简易电子琴，能够通过按键发出8种不同音阶的音乐，即1、2、3、4、5、6、7（高音），通过每个按键的控制使单片机系统输出不同频率的脉冲，经过扬声器发出不同频率音调，且能播放多首歌曲。
同时还可以选择播放已存入的音乐，并具有手动演奏和自动播放两种方式。
1.4研究的重点难点及研究方法
1.4.1本文的重点
本课题的重点是如何正确理解和使用AT89C51单片机以及如何用LCD1602来显示时间。
1.4.2本文的难点
本课题难点在于如何编写程序[1]让采集的数据正确的显示在LCD上，以及由51单片机实现声音的产生和处理。
1.4.3本文的研究方法
从本论文所要达到的设计要求以及所要实现的功能来看，此简易电子琴的设计主要是以AT89C51为核心控制元件，以实现手动弹奏歌曲和自动播放歌曲功能这两大部分组成。
手动弹奏歌曲是根据具体的4×
4矩阵键盘设置了中高音16个音符按键，8个中音模式切换键和8个高音模式切换键还有两个功能选择键以及一个停止键，自动播放音乐是在单片机的存储器中通过C语言编程[2]的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现。
从系统的硬件结构来看，主要用到了51单片机、16个按键输入电路、LCD液晶显示电路、扬声器以及功率放大电路等等。
在有机的结合这些硬件电路的基础上，满足本论文简易电子琴设计的基本硬件要求。
从系统软件的设计角度来看，简易电子琴的设计采用了电路原理图模块化的设计方法，本论文分为四大模块：
AT89C51模块电路原理图、键盘扫描模块电路原理图、LCD液晶显示模块和功放电路模块。
此外，还采用了程序设计思想，把中断定时方式和外部按键查询方式结合起来，从而实现了手动弹奏歌曲到自动播放歌曲的切换。
从音乐产生的原理来看，采用控制51单片机定时器的定时时间的方法来产生不同频率的音频脉冲，然后经过音频功率放大器LM386，放大后以此驱动扬声器，然后发出不同音乐的声音。
最后节拍的控制采用延时的方法来控制发音时间的长短，从而控制节拍。
综上，根据上述不同角度的方案设计原理，本文主要从软件和硬件以及音乐产生的原理，需要实现的功能和要求这几个部分进行了有计划有步骤的系统分析与设计，从而确立了最终的总体设计方案。
第2章方案比较与论证
方案一：
采用静态RAM存储LCD显示屏的显示容，静态RAM的优点是存储容量大，传输速度快等。
但它所存储的数据掉电之后就会消失，因此对于长时间不变的数据不益于存储。
方案二：
采用ROM芯片存储LCD显示屏要显示的信息，ROM芯片存储信息的时间很长，而且掉电后数据不会丢失，这种方式对于不变的数据益于存储。
方案三：
采用串行EEPROM存储LCD显示屏要显示的信息，串行EEPROM技术是一种不容易丢失信息的存储技术，它具有所有类型存储器的不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比的优点，特别适合应用在各类工业测控系统中。
它不但克服了诸如2816、2817、2864等这些常用并行EEPROM器件的价格高、体积大、可靠性低等不足，而且在速度要求不是特别高的情况下，它是人们最理想的选择。
通过比较以上三种方案，可以看出方案三有明显的优点，因此本论文选择方案三。
第3章系统总体框图及硬件简介
3.1系统的总体框图及组成
本系统硬件设计的任务主要是根据本论文的设计要求，在AT89C51单片机的基础上，以及系统中所需要用到的一些元器件，把它们根据电子琴的原理合理的结合在一起，然后设计出本论文系统的结构图。
如下图3.1所示。
本论文要求是设计一个由AT89C51单片机控制的简易电子琴。
本文具体用AT89C51单片机，LM386放大器，LCD液晶显示器，4×
4的矩阵键盘，扬声器，来设计一个简易电子琴。
单片机需工作在12MHZ的时钟频率。
其中4×
4的矩阵键盘是用高、中音各8个音节组成的，用户可以在键盘上弹奏自己喜爱的歌曲，此时它会根据用户的弹奏，通过扬声器把好听的歌曲播放出来。
本次论文要求实现的功能是:
由用户手动弹奏歌曲和自动播放提前设置好的歌曲。
由于单片机自身并没有足够的驱动能力，所以当部定时器的定时时间所产生的音频脉冲，用它来直接驱动扬声器并不能得到本论文所要求的音乐，因此，本论文使用了音频功率放大电路。
本论文采用低压音频功率放大器LM386来实现音频功放电路。
此放大器是由美国国家半导体公司生产的。
图3.1系统结构图
3.2AT89C51简介
AT89C51是一种有着字节为4K的FLASH存储器的低电压和高性能CMOS8位微处理器的单片机[3]。
单片机采用的制造技术为ATMEL高密度非易失存储器制造，并与工业上标准的MCS-51指令集、输出管脚相兼容。
该器件的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
此单片机还为很多嵌入式的控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的方案。
是由于该器件能够把多功能8位的CPU以及闪速存储器，将他们组合在单个芯片中。
（1）AT89C51的主要特点
v能够与MCS-51相兼容
v拥有4K字节可编程FLASH存储器
v它的寿命为1000写/擦循环
v其数据保留时间为10年
v其全静态工作为0Hz-24MHz
v有着三级程序的存储器锁定
v有着128×
8位的部RAM
v有着32可编程的I/O线
v有两个16位的定时器/计数器
v有着5个中断源
v拥有可编程的串行通道
v有片振荡器以及时钟电路
（2）AT89C51的主要管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口是一个8位的双向I/O口，也是一个漏级开路的双向I/O口。
它的高阻输入状态表现为它的管脚第一次写入1的时候。
P0口在被定义为数据/地址的低八位时可以用做外部程序数据存储器。
P0口还可以作为原码输入口和输出原码，前者是在FIASH编程时情况下可以用，后者是在FIASH校验的情况下。
P1口：
是一个8位的双向I/O口，和P0口不同的是，它是一个部提供上拉电阻的双向I/O口。
当P1口作为输入时，此时管教写为1且部被上拉为高电平；
当P1口作为输入时，此时管教写为1且外部被下拉为低电平。
它还可当做低8位地址接收，在FIASH编程和校验的情况下。
P2口：
和P1口一样，都是一个8位的部提供上拉电阻的双向I/O口。
P2口被外部下拉为低电平时，将输出电流。
不同的是当它用于外部和数据程序存储器存取时，此时输出地址的高8位。
P2口在地址为1时利用其部的上拉优势，在对地址数据存储器进行读写时，它可输出其特殊功能寄存器的容。
P2口还可以接收高八位地址信号和控制信号。
前者是在FLASH编程时，后者是在FLASH校验时。
P3口：
和前三个都不同，它是一个有着8个部上拉电阻的双向I/O口，当P3口作为输入时，此时管教写为1且部被上拉为高电平；
当P3口作为输入时，此时管教写为1且外部被下拉为低电平。
3.3LM386
LM386是音频功率放大器，主要应用于电压较低的一些消费类产品，此功率放大器是由美国国家半导体公司生产的[4]。
它的静态功耗仅为24mW,使得LM386在电池供电的场合特别适用。
为了把它所使用的外围元件降到最少,需要将电压增益修改为20。
但是如果在管脚1和管脚8之间加一只外接电阻或者是电容,就可以将电压的增益改成任意值,一直可到200。
一般情况下输入端以地作为参考,同时输出端会自动的偏置其电源电压的一半,LM386它还是一种音频集成功放，当它在6V电源电压下时。
自身具有很多优点，比如自身功耗低、电压增益可调整、外接元件少等。
由P1.0输出的音频脉冲，经LM386音频放大器放大，才能推动喇叭放出声音。
喇叭也叫扬声器。
LM386有两种封装形式：
即塑封8引线的双列直插式和贴片式。
如图3.2所示。
图3.2LM386的封装形式
LM386的特性：
v它的静态功耗很低，大约为4mA，能够用于电池供电。
v它的工作电压围也宽，约4-12V或5-18V。
v其外围元件特别少。
v其电压增益可调为20-。
v失真度很低。
其电路以及各参数如图5.5所示。
3.4扬声
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