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1、 课程设计报告课程名称 单片机原理及应用 设计题目 电子琴的设计 专业班级 自动化1041 姓 名 赵 伟 学 号 1004421112 指导教师 蔡 长 青 起止时间 2013.6.24-2011.7.12 成 绩 评 定考核内容设计表现设 计报 告答辩综合评定成 绩电气与信息学院12/13学年第二学期单片机控制系统设计与调试 课程设计任务书指导教师：蔡长青 班级：自动化1041、2班 地点：机房、单片机实验室（实训中心415）课程设计题目：基于51单片机原理的电子琴的设计一、 课程设计目的1. 灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设计，到PCB制版，再到软件编程
2、及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。2. 能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。3. 独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。二、 课程设计内容（包括技术指标）本设计主要任务是设计一简易电子琴，利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7七个键，能够发出1，2，3，4，5，6，7等7个音符，具有一般演奏功能，同时利用第八个键具有自动播放已存曲目功能。 1. 电子琴及串口原理图的设计、PCB板的制作、焊接。特别在焊接过程中认真、仔
3、细，避免缺焊、漏焊。2. 频率初值的计算。会计算脉冲值与频率的关系。正确计算出各音阶所对应的频率的初值。3. 电子琴的工作过程分析。（1）初始化过程启动时，首先是对定时器T0 进行初始化，设定它的工作状态，对于本系统将T0 设定为工作方式1；（2）按键检测过程初始化完成后，是判断是否有键按下，如果没有按键按下，则继续判断，如果有按键按下，延时一段时间在判断是否有键按下，若无按键按下返回继续判断，若确实有键按下则判断是哪个键按下；（3）声音播放过程根据按键的功能将计数初值装入定时器T0 、T1中中并启动T0 、T1，当T0定时完毕后，重新装入计数初值继续定时并将P33取反，再次定时完毕后再一次的
4、装入计数初值继续定时并将P33取反，一直循环此操作直到按键释放为止，按键释放后停止T0工作并再次判断是否又有按键按下，并继续执行以前的过程。单片机定时器启动时，发出一定频率的脉冲（各音调对应的频率脉冲），该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就回发出相应的音调。（4）流水灯工作过程单片机上电后执行事先设定好的流水灯程序，有按键按下时则亮对应音调的灯。三、 课程设计原则1. 尽可能使音色、音律更准确；2. 在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；3. 保证控制系统安全可靠。四、 课程设计步骤1. 对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务。2. 根据原理画出电子琴原理图及串口原理图
5、。3. 选择合适的芯片。4. 依据原理图，把所选用的板子焊接好。5. 确定系统整体设计方案，进行软件编程。6. 控制系统的硬件设计。(1) 电子琴原理图及PCB图；(2) 串口原理图及PCB图。7. 控制系统的软件设计。(1) 设计七个基本高低音调；(2) 设计歌曲；(3) 设计流水灯程序。8. 联机调试。9. 撰写设计说明书。五、 时间安排时间内容备注第17周 周一集中讲解课程设计要求，分配设计题目，明确任务和具体安排三教203周二画硬件电路图、PCB图一教八楼 周三画硬件电路图、PCB图一教八楼 周四验收硬件电路图、PCB图一教八楼 周五根据原理图焊接板子工训417第18周 周一软件调试工
6、训415周二软件调试工训415周三软件调试工训415周四软件调试工训415周五软件调试工训415第19周 周一软件调试工训415周二软件调试、烧录程序工训415周三软件调试、烧录程序工训415周四完成报告工训415周五答辩工训415六、 基本要求（一）课程设计报告1. 电子琴原理图及PCB图一份（电子版）。2. 串口原理图及PCB图一份（电子版）。3. 设计说明书一份，包括以下内容。(1) 写出设计计划和基本步骤。(2) 画出软件流程图。(3) 写出软件程序，并加以注释。(4) 写出调试过程和结果。(5) 写课程设计小结。（二）成绩评定标准对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立
7、思考、独立工作能力，综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0.2、0.4、0.4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。组长: 张 娜组员:龚寿涛、赵伟任务分配:组员任务分配表资料准备全 组硬件原理图绘制与PCB板制作张娜、龚寿涛硬件实物的焊接张娜、龚寿涛软件设计与实现赵伟上机调试全 组报告撰写全 组摘 要本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，故叫简易电子琴。本设计的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件并与键盘、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
8、。通过编写程序让其中七个按键分别对应音乐的七个音符，可以通过这七个按键任意弹奏我们想要的音乐节奏，最终实现电子琴的模拟设计，宁外一个按键用来控制歌曲的连续播放，将一首歌曲翻译成单片机定时器能识别的频率初值通过按下第八个按键就能播放设计好的歌曲，同时还增加了流水灯的动感效果，用流水灯反应音乐的音阶，流水灯将随音乐节奏的跳动而不停的切换。 关键词 单片机 按键 音阶 扬声器Abstract: This design mainly through to mimic keyboard main body part of the circuit design, to achieve electronic
9、 organ inherent basic function, so called simple electronic organ. The main content of this design is to use AT89C51 as the core control component with the keyboard, speakers and other core modules of main control module, on the main control module has eight keys and speakers. By writing program for
10、 one of the seven keys corresponding to music seven notes, can through the seven key any we want to play music rhythm, finally realize the keyboard simulation design, better outside a button is used to control the songs played, Translate a song into single-chip microcomputer timer can identify the f
11、requency of the initial value by pressing the first eight keys can design good songs, but also increased the lamp to the action of water, Reaction of music scales with flowing water lights, water lights will kept switching according to the beat of the music rhythm.Key words : Single chip microcomput
12、er The keys Scale The speaker目 录绪论11系统方案设计11.1系统方案的选择11.2系统硬件组成框图22 STC89C52最小系统设计32.1单片机芯片选择32.2复位电路设计42.3时钟电路设计53 电子琴硬件设计53.1 键盘电路设计53.2 显示电路设计73.3 串口电路设计73.4发音电路设计94 电子琴软件设计94.1 电子琴发声原理94.2 程序流程图设计144.3电子琴模块化程设计145 系统调试166 总结18参考文献19附录20附录一20附录二25 / 文档可自由编辑打印绪论 本设计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
13、琴总体硬件组成。利用单片机定时器产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可通过按键随意弹奏想要表达的音乐节奏。本次设计分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述设计过程。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。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8个按键和扬声器。通过编程使按键能对应相应的音调或者连续播放音乐，并能通过流水灯的亮灭来显示音乐的节奏，功能简单而其实用，在生活中得到了广泛的应用。 每首歌曲是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不
14、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。1系统方案设计1.1系统方案的选择实现本次设计的方案有多种，下面比较说明一下最佳方案的选择。方案一：采用单个的逻辑器件组合音乐是有由不同的音阶组成的，而不同的音阶又是由不同的频率发出的，那么利用不同的频率，就可以发出不同的音乐了。我们知道计数器8253可以产生任意频率的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率与计数器的频率对应起来就可通过计数器产生音乐了。根据本实验要求，采用8279将键扫得到的键值通过查表得到相应的8253的频率值，将从8253得到相对应的按键弹奏信号经过LM386进行放大，再用喇叭输出，就实现了简易电子琴的基本功能，也就完成了实验的要求。方案二：采用AT89S52单片机作为主控芯片
