基于单片机的电子琴设计.doc
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单片机课程设计
题目基于单片机的电子琴设计
目录
1设计背景 1
2课程设计的目的 1
3课程设计的任务与要求 1
3.1课程设计任务 1
3.2课程设计要求 2
4电子琴系统的组成 2
4.1控制模块 2
4.2播放模块 2
4.3按键模块 2
4.4最小系统 3
5单片机89C52的简介 3
6设计原理与仿真 4
7硬件的制作与调试 5
7.1电路的焊接 5
7.2电路的调试 6
8总结 6
参考文献 8
附录1：
总体电路原理图 9
附录2：
实物图 10
附录3：
元器件清单 11
附录4：
单片机程序 12
1设计背景
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，简易电子琴系统就是以单片机为主要元器件设计的一个简易电子琴。
之所以以单片机设计简易的电子琴为选题，目的在于从日常生活能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也在实践中发现理论的不足，对目前日益广泛应用的单片机有了更加理性化和感性化的认识，使理论和实践跟家很好的结合。
2课程设计的目的
通过本课程的实训，旨在使学生在掌握先修课程的基础上，一方面能综合应用这些课程的理论知识，更重要的一方面，是让学生亲自动手，参与到工程实践训练中。
使学生在之前掌握的知识，以及单片机知识的基础上，进一步掌握电子产品设计以及开发调试的全过程。
电路设计、电路调试、程序调试、程序下载等实践实训部分，真正培养学生理论联系实际.分析解决一般性技术问题以及实际动手的能力。
3课程设计的任务与要求
3.1课程设计任务
1.掌握基于51单片机的简易电子琴的电路各部分的功能，会分析各组成电路的工作原理。
2.能够熟练地检测元件的好坏，掌握所用元器件的特性和功能。
3.能够对电路进行调试、检修。
4.熟悉集成电路的安装和焊接技能。
5.熟悉电子元件布局和走线的工艺要求。
6.用PROTEUS实现简易电子琴的仿真设计，并且绘制原理图。
3.2课程设计要求
通过按键，利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7七个键，能够发出7个不同的音调，即按下按键1、2、3、4、5、6、7，扬声器发出相应音调DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，每当有按键按下时，按键对应的LED灯对应点亮，可以用来演奏不同的歌曲。
4电子琴系统的组成
本次设计决定采用STC89C52单片机作为主控芯片，设置键盘、蜂鸣器等外围器件实现弹奏音乐的功能。
4.1控制模块
本次设计中中心控制模块是采用STC89C52单片机来控制整个系统。
P3.2口连接按键控制电路，按键控制电路连接放大电路、喇叭，从而实现播放音乐的功能。
XTAL1和XTAL2引脚连接晶振电路与芯片组成的最小系统。
4.2播放模块
播放模块是喇叭构成。
它几乎不存在噪声，音响效果较好。
而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。
如下图所示,播放模块其实就是放大电路加上喇叭，它接到按键模块上，当开关闭合时,它就会发出声音。
4.3按键模块
电子琴设有7个按键作为音符输入。
这7个按键分别代表7个音符，包括中音段的全部音符。
通过软硬件设计，连接电源即可启动电子琴。
然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现按键发音。
4.4最小系统
这里用的单片机的型号是STC89C52RC，配以12M的晶振，以及复位电路供电电路构成最小系统。
5单片机89C52的简介
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。
另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
主要特性有：
8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间；可直接使用串口下载。
器件参数：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.
2.工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）
3.工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节
5.片上集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能
9.共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
10.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
11.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
12.工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
6设计原理与仿真
电子琴的基本原理：
声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，利用程序来控制单片机的某个口线不断输出“高”“低”电平，则在该口线上就能产生一定频率的方波，讲该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音，乐曲中，每个音符对应着确定的频率。
如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音。
对于单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延迟一段时间再输出低电平，如此循环的输出就会产生一定频率的方波，通过改变延迟的时间就可以改变输出方波的频率。
单片机内部有两个定时计数器T1和T0，单片机的定时计数器实际上是个计数装置，它既可以对单片机内部晶振驱动时钟计数，也可以对外部输入的脉冲计数，对内部晶振计数时称为定时器，对外部时钟计数时称为计数器。
当对单片机内部晶振驱动时钟计数时，每个机器周期定时计数器的计数值就加，当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机。
图6-1简易电子琴仿真图
7硬件的制作与调试
7.1电路的焊接
烙铁在电路板上进行元件焊接，按照电路图进行焊接。
焊接时应注意以下几点：
1.电烙铁使用前应检查使用电压是否与电烙铁标称电压相符；
2.电烙铁应该具有接地线；
3.电烙铁通电后不能任意敲击、拆卸及安装其电热部分零件；
4.电烙铁应保持干燥，不宜在过分潮湿或淋雨环境使用；
5.拆烙铁头时，要切断电源；
6.切断电源后，最好利用余热在烙铁头上上一层锡，以保护烙铁头；
7.当烙铁头上有黑色氧化层时候，可用砂布擦去，然后通电，并立即上锡；
8.海绵用来收集锡渣和锡珠，用手捏刚好不出水为适。
7.2电路的调试
电路调试主要是针对单片机部分进行的调试。
在上电之前，先确保电路中不存在断路或短路情况，这一工作是整个调试工作的第一步，也是非常重要的一个步骤。
在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来完成检测电路中是否存在断路或者短路情况。
注意焊点之间，确保焊点没有短接在一起，同时注意焊点的美观，确保没有开路以及短路的现象出现。
在确保硬件电路正常且无异常情况（断路或短路）的情况下方可上电调试，上电调试的目的是检验电路是否接错，同时还要检验原理是否正确。
上电后，随机按动键盘可以发现各个按键对应的音正确，调试成功。
8总结
过这段时间的实训，让我更加了解了单片机这门课程在实际生活中的应用。
同时也加深了我对这门课程的学习。
通过老师的指导，同学的帮助，我终于完成了对循环流水灯的设计。
让我感到在大学学到的知识能够学以致用，增强了自己动手能力。
同时，也在实践中学到了许多东西。
在做这个电路的时候并不是一帆风顺的。
做作品之前都要用仿真软件进行调试，调试通过了，才能进行焊接。
当初调试的时候，由于对仿真软件不熟悉，所以当时仿真出现了很多问题。
后来在同学的帮助下完成了仿真。
仿真通过后，我们才开始着手买零件去焊接。
焊接的时候先放好元器件，检查正负极有没有接正确，电路图也是看了一遍又一遍，确认无误后，才开始着手进行焊接。
由于电路排列比较密集，所以焊接的时候需要额外的小心，不能因为两个焊锡焊一起了而导致电路的短路。
经过了大约一上午的时间才完成。
接电源以前，又检查了一遍电路的链接组成。
不过第一次的作品并没有成功。
经过检查以后，决定再去做一次。
在网上查了一些资料，然后又进行焊接调试。
在做设计的同时，收获也很大。
虽然花了很多时间，但学到了很多东西。
做课程设计的时候自己认真查阅了各种资料。
增强了自己对知识的理解，很多以前看不懂的问题现在都已经解决了。
在课程设计的过程中，我们想到了很多种电路的接线法，并进行了比较，最后采用了上面的方法。
做设计要有耐性和坚持下去的毅力，要认真仔细。
课程设计有利于提高我们的动手能力，能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去，同时也丰富了我们的生活，提高我们对知识的理解能力。
同时也使我意识到一个良好的设计思路是最重要的。
在制作的过程中也要认真，细心，不能出现一点点的差错。
要充分利用网上的资料，图书馆的资源填补上所学的空白，掌握最先进的知识，使自己的知识更加完善，更出色的完成设计题目。
通过这次设计活动，我们知道了以前学的一些基础理论的作用，对课程起到了复习与加深的作用，还提高了我们分析和解决问题的能力，也提高了我们团队合作能力，对电路设计的基本技能也起到了一个很好的锻炼作用。
参考文献
[1]徐泳龙.单片机及原理及应用.北京：
机械工业出版社，2013
[2]胡学海.单片机原理及应用系统设计.北京：
北京电子工业出版社，2005
[3]高伟.AT89单片机原理及应用.北京：
国防工业出版社，2008
附录1：
总体电路原理图
附录2：
实物图
附录3：
元器件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
按键开关
7
2
单片机
STC89C52
1
3
二极管
7
4
三极管
9012
1
5
蜂鸣器
1
6
电解电容
10uF
1
7
电阻
10K
1
8
晶振
12Hz
1
9
电容
22pF
2
10
导线
若干
附录4：
单片机程序
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
AJMPKEY
ORG000BH
AJMPT
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