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1、成绩 南京工程学院通信工程学院课程设计说明书(论文)题 目 带存储播放功能的简易电子琴设计 课 程 名 称 单片机原理及应用 B 专 业 通信工程 班 级 K通信111 学 生 姓 名 叶婷婷 学 号 240112110 设 计 地 点 信息楼C210 指 导 教 师 岳俊生 设计起止时间：2014 年6 月 16 日至2014 年 6 月20日1.前言31.1. 课题背景31.2. 电子琴系统设计的意义31.3. 简易电子琴功能概述42. 系统总体设计方案42.1. 系统的组成42.2. 工作原理53. 硬件电路设计53.1. 总体设计软件模型53.2. AT89C51单片机相关介绍63.2
2、.1. AT89C51简介63.2.2. AT89C51管脚说明73.2.3. 芯片擦除83.3. 矩阵式键盘的识别和显示93.3.1. 矩阵式键盘的结构与工作原理93.3.2. 矩阵式键盘的按键识别方法93.3.3. 键盘接口必须具有的4个基本功能113.4. 按键显示模块123.4.1. 数码管的分类123.4.2. 数码管的驱动方式123.5. 功能显示灯模块133.6. 音乐播放装置144. 软件电路设计174.1. 系统整体程序处理流程图174.2. I/O并行口直接驱动LED显示194.3. 音乐播放设计194.4. 放歌子程序205. 系统调试215.1. 系统运行环境215.2
3、. 系统安装及配置216. 设计总结22参考文献22附录231.前言1.1. 课题背景随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。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，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。电子科技也在不断的前进，电子技术正在以不同的方式改变着我们的生活，本系统的电子琴设计也是希望给人们带来一些生活的乐趣。本系统可以应用在很多方面，比如一些简易的
4、玩具上或手机上。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，也可以对本系统进行一些扩展的加入一些其他功能。本系展统的简易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。简单是因为旋律与和声缺乏音量变化，过于协和、单一；在模仿各类馆、弦乐器时，音色还不够逼真，模仿提琴类乐器的音色时，失真度更大，还需要不断改进。本文的主要内容是用AT89C51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、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。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
5、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。1.2. 电子琴系统设计的意义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，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人
6、们的生活中，成为不可替代的一部分。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。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。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。本系统是简易电子琴的设计，按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放器对应的音符。本系统电子琴设计，设计简单，所需器件价格便宜，总体价格比较便宜，功能健全，
7、能够满足一般消费者，或爱好音乐的人的基本需求。因此本系统设计既实用又便宜。对于人们的业余生活意义较大。单片机是在一块芯片内集成了计算机的各个功能部件，构成一种单片式的微型计算机。通过单片机电子琴这个选题，更深层次的了解了单片机技术，以前只是有理论，实践的机会不是很多，在作单片机电子琴这个选题的过程中，更加熟练的掌握了一些单片机芯片的应用，也解决了很多以前理论和实践脱节的问题，可谓对单片机的认识有了一个小的飞跃。目的：掌握单片机与行列式键盘接口电路的工作原理与使用方法掌握单片机总线扩展的基本原理及操作时序掌握通过C51操作外部扩展RAM程序的设计方法掌握利用单片机内部定时器产生不同频率声音的方法
8、软件的介绍（keil Proteus） Keil是德国开发的一个51单片机开发软件平台，最开始只是一个支持C语言和汇编语言的编译软件。Keil的Vision3可以进行纯粹的软件仿真（仿真软件程序、不接硬件电路），也可以利用硬件仿真器，搭接上单片机硬件系统，在仿真器中载入项目程序后进行实时仿真，在不需要额外的硬件仿真器的条件下，搭接单片机硬件系统对项目程序进行实时仿真。Proteus是英国Labcenter Electronics公司开发的多功能EDA软件。Proteus是目前较先进的单片机和嵌入式系统的设计与仿真平台。它实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与
9、仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。由于Proteus软件包逼真、真实的协同仿真功能，得到了包括剑桥在内的众多大学用户，作为电子学或嵌入式系统的课程教学、实验和水平考试平台。利用Proteus与Keil整合构建单片机虚拟实验室，为解决电路设计以及仿真提供了很好的发展平台。本设计是在Keil使用89C51单片机及单片机C语言，在Proteus仿真平台上实现基于单片机的简易电子琴。对于提高和改进电子琴功能的设计有着重要参考意义。1.3. 简易电子琴功能概述 单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。AT89C51单片机设计微型电子琴的方法，仅需AT89C51最小系
10、统，扩展一组矩阵键盘，再接一组发光二极管用来指示电子琴的工作状态。本系统分为两个部分，一个是音乐，另一个就是电子琴。1.单片机并行连接4*4矩阵键盘和一位数码管2.利用单片机内部定时器T0的定时功能产生音符所对应的音调3.经功率放大器后输出至音箱4.在弹奏音乐的同时将音符显示与数码管5.具备存储在播放所弹奏的音乐的功能2. 系统总体设计方案2.1. 系统的组成嵌入式电路，按键电路，LED显示电路和三个功能键组成，通过功能键可以选择播放音乐。（按键一：是否录音；按键二：是否播放；按键三：复位键）该系统通过电子琴按键随意键入所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在
11、扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。 AT89C51 中心控制4*4矩阵键盘晶振产生频率LED灯的显示供电复位电路弹奏或播放音乐扬声器，放大音乐2.2. 工作原理打开电子琴电源开关后，电子琴默认为弹奏状态（录音LED灯亮表示按键弹奏录音，不亮则普通按键弹奏功能），弹奏/播放显示灯点亮。此时可以进行弹奏音乐，按下矩阵键盘中的任意键，扬声器发相应的音调，数码管显示对应的数字。按下播放按钮，电子琴处于自动播放状态，弹奏/播放显示灯不亮，就会播放刚才弹走过的音乐，并循环进行播放，如果按下录音按键，将录音灯灭掉，此时播放的音乐改变，播放电子琴内置的音乐，并显示相应音符，循环播放。此时，如
12、果按下复位键，数码管显示0，清楚录音，此时系统又处于弹奏状态。3. 硬件电路设计3.1. 总体设计软件模型连线：P37蜂鸣器P20连接LED0（模式指示灯：弹奏-亮，播放-不亮）P21连接LED1和独立开关（录音指示灯：弹奏保存-亮，弹奏不保存-不亮）P32独立按键，外部中断控制复位键P33独立按键，外部中断播放/弹奏切换按键P1连接数码管显示P0连接矩阵键盘此设计模块实现的功能有:1.把不同的频率也就是节拍的声音输入到放大器，播放弹奏的声音；2.在弹奏音乐的同时将音符显示于数码管；3.弹奏音乐的时候要将音符输入到数码管；4.播放内置储存的音乐时要显示此时播放的音乐音符；5.具备存储在播放所弹
13、奏的音乐的功能；6.复位功能，模式复位、录音清楚，数码管显示为0。3.2. AT89C51单片机相关介绍3.2.1. AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51它是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。AT89C51单片机为
14、很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.2所示。图3.2 AT89C51引脚分布图3.2.2. AT89C51管脚说明VCC：供电电压。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址
