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1、目录一、课题名称 .1二、设计内容概要 .1三、设计任务和要求 .1四、系统设计方案 .14.1 系统设计思路 .14.2 系统总体的组成框图 .1五、系统硬件设计及说明 .25.1 系统控制模块 AT89C51.25.2 琴键控制模块 .25.3 播放模块 .3六、系统软件设计及说明 .36.1 设置单片机产生音频脉冲的初值 .36.2 实验主要程序 .46.3 系统总体功能流程图 .5七、系统调试 .67.1 使用的主要仪器和仪表 .67.2 调试步骤 .67.3 测试数据 .77.4 故障与排除 .7八、课设答辩 .7九、课设小结 .8参考文献 .8附录 .90一、课题名称电子琴设计按键
2、演奏二、设计内容概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。本文的主要内容是用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 8 个按键和扬声器。三、设计任务和要求任务：设计并实现按键演奏电子琴要求：利用数字键 1、2、3、4、5、6、7、8 作为电子琴键，按下数字键发出相应的音调。四、系统设计方案4.1 系统设计思路利用所给单片机实验仪中键盘的 1，2，3，4，5，6，7，8 八
3、个键，能够发出 8 个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，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。4.2 系统总体的组成框图本系统采用 AT89C51 为电子琴控制中心，系统主要包括主控制模块、琴键控制模块、播放模块。如图 1 所示：AT89C51 控制中心模块琴键控制模块按键状态 响应播放模块发出音调图 1 系统总体的组成框图1五、系统硬件设计及说明5.1 系统控制模块 AT89C51图 2 AT89C51的 引 脚
4、 图 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C51 单片机为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所示。P0 口：漏极开路的双向 I/O 口。当使用外部存储器时（ROM 或 RAM）时，作为地址和数据总线分时复用。在程序效验时，输出指令字节（这时需加外部上拉电阻）
5、 。作为总线时 P0 口能驱动 8 个 LSTTL 负载。P1 口：准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻，是通用的 I/O 口。在编程/校验时，用作输入低位字节地址，P1 口可驱动 4 个 LSTTL 负载。P2 口：准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻，是通用的 I/O 口。让使用片外存储器（ROM 或 RAM）时，输出高 8 位地址。在编程/校验时，接收高位字节地址。P2 口可驱动 4 个 LSTTL 负载。P3 口：准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻，是通用的 I/O 口。P3 口可驱动4 个 LSTTL 负载。同时 P3 口还具有第二个功能，在使用第二个功能时，其输出锁存器应由程序置
6、 1。5.2 琴键控制模块琴键的按键选用的 XL2000 的 JP37 独立按键模块，此 8 个独立的按键开关按下为低电平。如图 3 所示：2图 3 按键控制模块5.3 播放模块扬声器是一种把电平转变为声信号的换能器件，扬声器和性能对音质的高低音响很大。扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式、静电式、电磁式、压电式等几种，后两种多用于农村有线广播网中，按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。在本次课程设计使用 XL2000 中 JP16 小喇叭模块。如图 4 所示： 图 4 播 放 模 块 六、 系统软件设计及说明6.1 设置单片机产生音频脉冲的初值音乐实
7、际上是有固定周期的信号，通过单片机的定时器的设置可以产生相应音频的音调。产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。在本实验中，单片机工作于 12MHZ 时钟频率，使用其定时/计数器 T1，工作模式为 1，改变计数值 TH0 和 TL0 可以产生不同频率的脉冲信号，在此情况下，C 调的各音符频率与计数值 T 的对照如下表 1 所示。其计算方法如下：计数脉冲值与频率的关系式是：Nfi2fr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 是想要产生的音调的频率。3其计数初值 T 的求法如下：T65536N65536fi2fr例如：设 K65536，fi1MHz，求低音 DO（262Hz） 、中音 DO（523Hz） 、高音 DO（1046Hz）的计数值。T65536N65536fi2fr6553610000002fr6553650000
