基于51单片机的简易电子琴设计.docx
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基于51单片机的简易电子琴设计
题目
51单片机的简易电子琴设计
课题性质
工程设计
课题来源
自拟
指导教师
同组姓名
主要内容
设计一个51单片机系统，实现简易电子琴操作的电路。
要求:
1设计51单片机最小系统；
2.设置至少10个按键，能发出doremifasollaSIDO;
能播放示范曲；
3.能够调节低音、高音和中音。
任务要求
1．根据功能要求选择设计方案，并进行论证。
2．画出电路的总体方框图和电路原理图。
3．说明系统工作原理，对系统进行调试。
4．写出课程设计报告。
参考文献
1．《51单片机C语言教程》郭天祥电子工业出版社
2．《电路》邱关源高等教育出版社
3．XX
审查意见
指导教师签字：
教研室主任签字：
年月日
说明：
本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页
一、设计任务及要求
1.设计51单片机最小系统，实现简易电子琴操作的电路；
2.设置至少10个按键，能发出doremifasollaSIDO;能播示范曲；
3.能够调节低音、高音和中音。
根据功能要求选择设计方案，并进行论证。
4.画出电路的总体方框图和电路原理图。
5.说明系统工作原理，对系统进行调试。
二、系统方案设计
1.采用以STC89C52单片机为核心的控制方案
STC89C52是一种低功耗、高性能的8位COMS微控制器，具有8KB的可编程Flash存储器，具有在线编程可擦除技术，当对系统进行调试时，由于程序的错误修改或对对程序新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次插拔，所以不会造成对芯片的损坏，且方便灵活。
基于以上因素本设计选用单片机STC89C52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，实现基本的电子琴功能。
在单片机的外围接8个按钮用于输入控制，其中第8个按钮用来播放一小段音乐。
在外接8个发光二极管用来指示音乐的节拍等。
2.设计原理
主要利用单片机中的定时器中断、LED显示、以及扬声器实现了演奏和显示功能。
针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性，通过对定时器T0送入不同的初值，调节T0的溢出时间，输出频率可控的方波，从而控制不同音阶的音调高低。
而对于音长的控制，则可以向定时器T1送入一个固定初值，通过控制定时器中断循环的次数，来实现对发音时间长短的控制。
对于音符和曲目的显示，主要通过读入键值，判断所选曲目或音符，输出到LED上显示。
我们主要使用单片机设计简易电子琴，利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶。
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。
3．STC89C52系列最小机系统设计
A．时钟电路设计
时钟电路用于产生STC89S52单片机工作时所必须的控制信号。
STC89S52单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。
STC89C52单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为准，有条不紊、一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常用的时钟电路有两种方式：
一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。
本设计中的时钟电路选择2个30pF的电容、1个震荡频率为11.0592Hz的石英晶体,构成内部时钟晶体电路如图3-1所示
B．复位电路设计
STC89C52的复位是由外部的复位电路实现的复位是单片机的初始化操作，只需给STC89S52的复位引脚RST加上大于两个机器周期（即24个时钟震荡周期）的高电平就可使STC89C52复位。
如图3-2所示.当STC89C52进行复位时，PC初始化为0000H，使STC89C52单片机从程序储存器的0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需按复位键即RST脚为高电平，使STC89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。
复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。
本设计中的复位电路选择1个10uF的电容、1个10K，1个2K的电阻、以及1个复位开关
4.发音电路接线图
发音电路中包含一个蜂鸣器。
在本设计中，用单片机P3.3口来控制发音装置，提供发音信号，经LM386放大之后送给蜂鸣器发出音乐。
图4-4为发音装置接线图
5.键盘电路设计
电子琴键盘采用独立式键盘。
其特点是一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O口输入线的电平状态，可以很容易的判断哪个按键被按下，如图4-6所示
6.发音原理
由于本系统可以产生各种频率的声音，所以可由喇叭发出“DO”、“RE”、“ME”„„的音阶。
系统中的定时器O工作于模式0，计时时长可根据所发音的频率而定，而由频率值推得的定时器计数初值。
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。
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。
若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P3.3反相，然后重复计时再反相。
就可在P3.3引脚上得到此频率的脉冲。
利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。
计数脉冲值与频率的关系式（如式4-1所示）是：
N＝fi÷2÷fr 4-1
式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。
其计数初值T的求法如下：
T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr
例如：
设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。
T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr
低音DO的T＝65536－500000/262＝63627 中音DO的T＝65536－500000/523＝64580 高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059
单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如下表所示
7.系统主程序流程图
主程序如下：
#include
#include
sbitbeer=P3^3;//蜂鸣器
sbitP33=P3^3;
intnum,count;
intcodelab[]={61719,62435,62506,62679,62985,63263,63512,
63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,
64580,64684,64777,64820,64898,64968,65070};
intcodeSong[]={0x12,50,0x12,50,0x12,100,
0x12,50,0x12,50,0x12,100,
0x10,50,0x12,50,0x13,15,0x12,25,0x10,25,
0x0f,75,0x10,75,0x12,50,
0x12,75,0x10,75,0x12,75,0x10,37,0x0f,37,
0x0e,75,0x10,75,0x0f,150,
0x10,100,0x10,100,0x0f,200,
0x0c,100,0x0e,100,0x0f,75,0xff,100,
0x13,25,0x13,25,0x12,75,
0x10,25,0x13,25,0x12,50,
0x12,50,0x10,50,0x0f,50,0x10,50,
0x12,75,0xff,75,0xff,75,
0x12,65,0x10,65,0x0f,65,0x10,65,
0x12,65,0x10,65,0x0f,65,0x10,65,
0x0c,65,0x0e,65,0x0f,65,0x10,65,
0x0e,100,0xff,100,0xff,100,0x00,0x00};
intcodetable[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
intcodetable2[]={0x7e,0xbd,0xdb,0xe7};
voidinit（）//计数器终端初始化
{
num=0;
TMOD=0x11;
TH0=0xff;
TL0=0xff;
TH1=0xD8;//装初值
TL1=0xEF;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
}
voiddelay（intz）//延时子程序
{
intx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidinter（）interrupt1//计数器0
{
TH0=lab[num]/256;
TL0=lab[num]%256;
beer=!
beer;
}
voidtimer1（）interrupt3//计数器1
{
TH1=0xD8;//装初值
TL1=0xEF;
count++;
}
voidPlay_Song（）//放歌子程序
{
unsignedcharTemp2;
unsignedintAddr,a=0;
count=0;
while
（1）
{
num=Song[Addr];
Addr++;
TH0=lab[num]/256;
TL0=lab[num]%256;
if（num==0xFF）//休止符
{
Temp2=Song[Addr++];
TR1=0;
delay（Temp2）;
}
elseif（num==0x00）//歌曲结束符
{
return;
}
else
{
Temp2=Song[Addr++];
P1=table2[a];
a++;
if（a==4）
a=0;
TR1=1;
delay（1.1*Temp2）;
}
}
}
voidsound（unsignedchara）//按键发声子程序
{
switch（a）
{
case0xfe:
num=14;P1=table[0];break;
case0xfd:
num=15;P1=table[1];break;
case0xfb:
num=16;P1=table[2];break;
case0xf7:
num=17;P1=table[3];break;
case0xef:
num=18;P1=table[4];break;
case0xdf:
num=19;P1=table[5];break;
case0xbf:
num=20;P1=table[6];break;
case0x7f:
num=7;break;
}
if（num==7）
Play_Song（）;
TH0=lab[num]/256;
TL0=lab[num]%256;
while（P2!
=0xff）
{}
P1=0xff;
}
voidmain（）//主程序
{
init（）;
P2=0xff;
while
（1）
{
if（P2!
=0xff）//第一次判断是否有按键按下
{
delay（5）;//消抖
if（P2!
=0xff）//确认是否有按键按下
{
TR0=1;
sound（P2）;
}
TR0=0;
}
}
}
三、心得体会
这次的课程设计包含的基本知识很多，在过程中用到了很多以前学的东西，比如：
数字电子技术基础、模拟电子技术基础等相关知识，复习了以前的知识，同时学到了很多新的知识，在最后的调试中出现的错误在学长的帮助下顺利解决，更重要的是使我对单片机系统有了一个全新的认识。
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