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1、本科毕业设计题 目 用单片机设计及制作简易电子琴 学 院 管理科学与工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 071信工(0)班 学 号 姓 名 指导老师 2011 年 6 月摘要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，它在音乐演奏中已成为不可缺少的一部分。单片机是一个具有功能强大和编程灵活性的控制器，它已广泛应用于现代人们的生活中，扮演着重要的角色。本设计主要是使用AT89C51单片机及单片机C语言，在PROTEUS仿真平台上实现以单片机为核心控制元件的一个具有16个按键的电子琴，同时还增加了音乐播放功能。本文中给出了该系统设计的硬件电路，软件设计等。其次，详细阐述了程序的
2、各个模块和实现过程。本设计具有硬件电路简单、功能完善、控制可靠、运行稳定等特点，具有一定的实用性和参考价值。关键词: 单片机；电子琴；PROTEUS；C语言AbstractOrgan music of modern electronic technology combined with the product of a new type of keyboard instruments in its music has become an indispensable part of it. SCM is a powerful and programming flexibility of the
3、controller, which has been widely used in modern peoples lives, play an important role. This design mostly using AT89C51 microcontroller and the microcontroller C, the PROTEUS simulation platform to achieve a single chip as the core control element of an electronic keyboard with 16 keys, but also in
4、creased the music playback. This paper gives the design of the system hardware and software design. Second, detail the various modules of the program and implementation process. This design has a simple hardware circuit, functional, control, reliable, stable performance, practicality and a certain r
5、eference value.Keywords : SCM；electronic；PROTEUS；C Language目录1 引言11.1目的和意义21.2本系统的主要研究内容32 系统分析52.1 系统组成52.2 系统工作原理53 系统硬件设计63.1 系统硬件总体设计63.2 AT89C51单片机73.2.1 AT89C51简介73.2.2 AT89C51主要特性73.2.3 AT89C51管脚说明83.2.4 芯片擦除103.3矩阵式键盘的识别和显示103.3.1.矩阵式键盘的结构与工作原理103.3.2矩阵式键盘的按键识别方法113.3.3键盘接口必须具有的4个基本功能123.4 按
6、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133.5 功能显示模块143.6 音乐播放装置154 系统软件设计194.1 系统整体程序处理流程图194.2 I/O并行口直接驱动LED显示204.3音乐播放设计204.4放歌子程序流程图215 系统使用说明225.1 系统安装及配置说明225.1.1系统运行环境225.1.2系统安装及配置225.2 系统操作说明226 结论23参考文献24致谢25附录261 引言随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电
7、子琴就是一个很好的应用方面。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，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。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。简易电子琴是电声乐队的中坚力量，常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。还常作为独奏乐器出现，具有鲜明时代特色。但电子琴的局限性也是十分明显：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
8、的音色时，失真度更大，还需要不断改进。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。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
9、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。这次的电子琴是由4*4组成16个按钮矩阵，设计成16个音。然后再用一个音频放大模块来使音乐播出的声音变大。通过这16个键的随意组合可随意弹奏想要表达的音乐，使用很简单。1.1目的和意义随着生活水平的提高，在放松自己的同时又能提高各个方面的能力。学习和欣赏音乐可以在使人们得到放松的同时，提高人们的精神品质和个人素养。当代，爱好音乐的年轻人越来越多，有不少人自己练习弹奏乐器，作为业余爱好和一
10、种放松的手段，鉴于一些乐器学习难度大，需要太多的学习时间，且其价格又太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃这种想法。而一些简易的电子乐器价格相对便宜，学习上手快，价格相对便宜，一般人容易负担的起，能够满足一般爱好者的需求。故简易电子乐器的研制具有一定的社会意义。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。二十世纪八十年代以来，单片机的发展迅速，应用不断深入，新技术层出不穷。并已广泛应用到人类生活的各个领域，如家电、通讯设备、玩具、智能卡、汽车及防盗、医用保健、仪表、工业过程控制等，成为当今科学技术现代化不可缺少的重要工具。之所以以单片机电子琴为选题，目的
11、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，使理论和实践相得益彰。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。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
12、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
13、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。1.2本系统的主要研究内容单片机因体积小、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。音乐播放部分：乐音实际上是有固定周期的信号。本文介绍用AT89C51的两个定时器（如T0，T1）控制，在P3
14、.7脚上输出方波周期信号，产生乐音，通过矩阵键盘按键产生不同的音符，由此操作人员可以随心所欲的弹奏自己所喜爱的乐曲，当不想弹奏时通过按放歌键可以演奏事先存放在单片机中的几首动听的曲子供消遣。当歌曲演奏完时，通过按复位键便可回到初始状态，这样就做出了一台微型电子琴。由于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。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，我们将每一音符的时间
15、常数和其相应的节拍常数作为一组，按顺序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就可以实现演奏效果。电子琴弹奏部分：实际上就是把每个按键所对应的值经过处理后发给单片机，再在单片机内把数字当作指针指向所对应的音符。本设计要实现的功能有：由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音。可随意弹奏想要表达的音乐。详细过程：当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。假如在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。2 系统分析2.1 系统组成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，在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。嵌入式电路，按键电
