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1、毕毕 业业 设设 计计 论论 文文可弹奏电子琴可弹奏电子琴指导老师姓名： 专 业 名 称：电子信息工程技术班 级 学 号： 论文提交日期：2010 年 11 月 15 日论文答辩日期：2010 年 11 月 17 日2010 年 11 月 17 日毕业设计论文 可弹奏电子琴摘要摘要 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，它已经融入了现代人们的生活中，成为不可代替的一部分。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
2、模块，在主控制模块上设有 16 个按键和扬声器。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。 关键词：关键词： AT89C51 单片机,键盘,音乐播放,弹奏音乐毕业设计论文 可弹奏电子琴I AbstractAbstractElectronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It modern music played an important role in si
3、ngle chip is a powerful control functions and flexible programming characteristics, It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89C51 control of the core components, Design of an electronic organ, single chip as a host to the core, with the keyboar
4、d, speakers and other core modules main control module, in the main control module has 16 keys and speakers. Stability of the system, its advantages are simple hardware circuits, software functions, control system reliability, high cost performance and have certain practical and reference value. KEY
5、KEY WORDWORD：single chip MCU, keyboard, music player, play music摘要 毕业设计论文II目录目录绪论绪论1 1 1 总体方案总体方案2 1.1 系统设计要求.2 1.2 电子琴系统的组成.2 1.3 系统框图.2 2 2 硬件介绍硬件介绍4 2.1 硬件设计图42.2 AT89C51.62.2.1 AT89C51 简介.6 2.2.2 管脚功能.6 2.2.3 晶振电路.8 2.2.4 复位电路.8 2.3 矩阵式键盘的识别和显示9 2.3.1 4X4 矩阵式键盘的结构9 2.3.2 矩阵键盘的按键识别方法.9 2.3.3 按键扫描
6、的基本流程.9 2.4 LED 数码管.10 2.4.1LED 数码管的结构10 2.4.2 LED 的驱动方式.11 2.5 音频放大电路12 3 3 软件设计软件设计13 3.1 整体程序处理流程图.13 3.2 LED 数码管显示原理.14 3.3 音乐发声原理.14 3.4 放歌子程序流程图.17 4 调试18 4.1 利用 KEIL进行的调试18 5 5 结论结论19 致谢致谢20 参考资料参考资料21 附录附录 A A 完整程序完整程序 22 附录附录 B B 简易电子琴实物图简易电子琴实物图 2626绪论毕业设计论文0绪论绪论随便大规模集成电路的出现和发展，芯片生产厂家把中央处理
7、器 CPU,随机存取内存 RAM,只读存储器 ROM,定时器/计数器以及 I/O 接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片(硅片)上，形成芯片级计算机，称为单片微型计算机，直译为单片机。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。单片机的应用意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意思还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。以前必须由模拟电路或数
8、字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控技术。微控技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。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，这只是单片机应用的一个点，由点及面，希望更好地了解和应用单片机技术。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 AT8
9、9C51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系统的硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音节，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，各模块原理和各模块的程序的调试来详细阐述。一首音乐是由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，当然对于单片机产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号
10、，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应的频率弄清楚即可。毕业设计论文 可弹奏电子琴11 总体方案总体方案 1.11.1 系统设计要求系统设计要求本系统分为俩个部分，一个是音乐播放，另一个就是电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机 C 语言，利用定时计数器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。具体要求如下：1.用键盘作为电子琴的按键，每个键代表一个音符。2.要求达到电子琴的基本功能，可以弹奏简单的音乐。3.各个音符必须符合电子琴的按键排列顺序。4.音乐的弹奏和播放由按键“弹奏/停止” 、 “播放”控制。5.弹奏电子琴时能播放准确的声音，不弹奏时可以播放内置的音乐。 1.21.2 电
11、子琴系统的组成电子琴系统的组成本系统分为俩大部分，一个是音乐的播放另一个是电子琴弹奏。音乐的播放部分：乐音实际上是有固定周期的信号。一首音乐是由许多不同的音阶组成的，每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用单片机的定时计数器来产生不同频率的方波信号。乐曲中，每一个音符对应着确定的频率，我们将每个音符的时间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，就可以实现弹奏效果。电子琴弹奏部分：将每个按键所对应的按键值先经过处理后送给单片机，再由单片机控制扬声器发出声音。 1.31.3 系统框图系统框图电子琴系统主要包括嵌入式电路，4
12、X4 的矩阵按键电路，两个功能控制按键，LED 显示电路，音频放大电路。具体关系如图 1.1 所示：功能选择 弹 奏/播放4X4 矩阵 键盘 LED 显示音频51 单片机 AT89C51图 1.1 系统框图2 硬件介绍毕业设计论文2用 P0 口的高四位和第四位作为 4X4 矩阵式键盘的接口，P2 口作为数码管的接口，用 P3.7 口作为信号的输出口。2 硬件介绍硬件介绍 2.12.1 硬件设计图硬件设计图硬件主要由单片机最小系统，矩阵键盘，LED 显示电路，音频放大电路等几部毕业设计论文 可弹奏电子琴3分组成。硬件连线如下：1.把“单片机系统”区域中的 P0.0P0.7 端口与“4X4 矩阵式
13、键盘”相连；2.把“单片机系统”区域中的 P2.0-P2.7 端口分别与数码管的 a-h 段相连;3.把“单片机系统”区域中的 P3.7 端口连接到“音频放大模块”区域中的 SPK IN 端口上；图 2.1 硬件原理图2 硬件介绍毕业设计论文4图 2.2 硬件 PCB 图毕业设计论文 可弹奏电子琴52.22.2 AT89C51AT89C512.2.12.2.1 AT89C51AT89C51 简介简介XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/A
14、D633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U4AT89C51图 2.3 AT89C5151 系列单片机 8031、8051 及 89c51/89s51 均采用 40P 封装的双列直接 DIP 结构。上图是它们的引脚配置:40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。2.2.22.2.2 管脚功能管脚功能VCC：电源电压GND：地P0 口：PO 口是一组 8 位漏极开路行双向 I/O 口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，PO 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。P1
