基于单片机的简易电子琴设计C语言编程单片机课程设计报告Word文件下载.docx

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1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。

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。

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。

2原理图

图2-1电子琴电路图

2.1系统板硬件连线

系统板硬件连线如图2-1所示，发生模块，键盘模块，及LED显示模块连接如下

1.把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPKIN端口上；

2.把“单片机系统“区域中的P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4　R1－R4端口上；

3.把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个a－h端口上；

要求：

P0.0/AD0对应着a，P0.1/AD1对应着b，……，P0.7/AD7对应着h。

3主要芯片简介

3.1AT89S51简介

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚（引脚图如图3-1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

图3-1管脚图

3.1.1主要功能特性

·

兼容MCS-51指令系统·

32个双向I/O口

2个16位可编程定时/计数器·

全双工UART串行中断口线

2个外部中断源·

中断唤醒省电模式

看门狗（WDT）电路·

灵活的ISP字节和分页编程

4k可反复擦写ISPFlashROM·

4.5-5.5V工作电压

时钟频率0-33MHz·

128x8bit内部RAM

低功耗空闲和省电模式·

3级加密位

软件设置空闲和省电功能·

双数据寄存器指针

3.1.2引脚功能

VCC（40）：

＋5V；

GND（20）：

接地；

P0口（39－32）：

P0口为8位漏极开路双向I/O口，每引脚可吸收8个TTL门电流；

P1口（1－8）：

P1口是从内部提供上拉电阻器的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流；

P2口（21－28）：

P2口为内部上拉电阻器的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流；

P3口（10－17）：

P3口是8个带内部上拉电阻器的双向I/O口，可接收和输出4个TTL门电流，P3口也可作为AT89C51的特殊功能口；

RST（9）：

复位输入。

当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间；

ALE/PROG（30）：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节，在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6，它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的，要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过1个ALE脉冲；

PSEN（29）：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期2次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的PSEN信号将不出现；

EA/VPP（31）：

当EA保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000H－FFFFH）不管是否有内部程序存储器。

FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）；

XTAL1（19）：

反向振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；

XTAL2（18）：

来自反向振荡器的输出；

3.2LM386

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

LM386内部与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。

第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；

T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；

T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。

使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益。

第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。

第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。

二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。

电路由单电源供电，故为OTL电路。

输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。

电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。

3.2.1LM386的引脚图

图3-3LM386的外形和引脚的排列

LM386的外形和引脚的排列如图3-3所示。

引脚2为反相输入端，3为同相输入端；

引脚5为输出端；

引脚6和4分别为电源和地；

引脚1和8为电压增益设定端；

使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。

3.2.2音频放大器电路

图2.3音频放大器电路

3.3LED数码管

图3-47段数码管

数码管（如图3-4所示）使用条件：

a、段及小数点上加限流电阻

b、使用电压：

段：

根据发光颜色决定；

小数点：

根据发光颜色决定

c、使用电流：

静态：

总电流80mA（每段10mA）；

动态：

平均电流4-5mA峰值电流100mA

上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。

数码管使用注意事项说明：

（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；

（2）焊接温度：

２６０度；

焊接时间：

５Ｓ

（3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。

4模块原理

4.14X4行列式键盘识别及显示

组成键盘的按键有机械式、电容式、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。

不仅能自动检测被按下的键，并完成去抖动、防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码）送往CPU。

所以，编码键盘接口简单、使用方便。

但由于硬件电路较复杂，因而价格较贵。

非编码键盘：

键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。

有关按键的识别、键码的确定与输入、去抖动等功能均由软件完成。

目前微机系统中，一般为了降低成本大多数采用非编码键盘。

用AT89S51的并行口P1接4×

4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；

在数码管上显示每个按键的“0－F”序号。

4.1.1系统板上硬件连线设计

键盘模块硬件连线如图4-1所示：

图4-1键盘模块连线图

（1）把“单片机系统“区域中的P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4　R1－R4端口上；

（2）把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0