单片机电子琴制作16按键

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1、(总12页)机电子琴制作16按键-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 1CAL本页仅作为文档封面，使用请直接删赊单片机原理课程设计说明书专业名称：电气工程及其自动化班级：11-2学号：姓名：指导教师：日期:单片机原理课程设计评阅书题目电子琴学生姓名学号 052指导教师评语及成绩指导教师签名：年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名：年 月 日教研室意见总成绩：室主任签名：年月日摘 要本文设计了一种基于STC12C5A32S2单片机的电子琴电路。该方案利用单片机定 时器产生固定频率的方波信号以驱动蜂鸣器发出一定的旋律，通过矩阵键盘中的相应 的按键来输入使蜂鸣器发出相对音

2、阶的单音。同时设计还有自动存储所输入的单音， 之后再一起自动演奏出来的功能。本设计通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经三极管放 大信号后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。要实现7个音符的各自的高、中、低音， 需要建立三个表，分别存储高音、中音和低音的频率值；默认为中音输出，当二个按 键开关中某一个按下，通过软件选择相应的音频。按下弹奏键就可弹奏出不同的声 音。另外用软件延时来控制发音时间的长短，来控制节拍。通过把乐谱中的音符和相 应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中。山程序査表得 到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持

3、 续时间，这样就可以实现乐曲的演奏。本设计为实物电路板设计开发，报告中详细的阐述了电子琴设汁的方法和过程。 并经过软硬件的调试，该音乐发生器不但能通过键盘弹奏出很好的音调，而且还可以 通过键盘选择播放不同的音乐。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：STC12C5A32S2单片机 定时器 电子琴摘要错误!未定义书签。第一章引言错误!未定义书签。第一章电子琴电路硬件电路设讣错误!未定义书签。单片机的介绍与组成错误!未定义书签。单片机主控电路错误!未定义书签。4X4矩阵键盘电路错误!未定义书签。蜂鸣器电路错误!未定义书签

4、。第三章电子琴电路软件设计错误!未定义书签。程序设计流程图错误!未定义书签。音兀播放部分错误!未定义书签。电子琴弹奏部分错误!未定义书签。发音原理错误!未定义书签。第四章程序错误!未定义书签。心得体会错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附件错误!未定义书签。第一章引言随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动 着工业、农业、商业、家电以及玩具的日新月异更新，极大地提高了电子电路及系统 设计质量和效率。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大 部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、内存、内部和外部总

5、线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接 口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统其至可以将声音、图 像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器(Microcontroler),是因为它最早被用在工业控制领域。单片机山芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯 片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。STC单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51o STC12C5A32S2可以代替 AT89C51,而且功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。该单片

6、机具有40个引 脚，采用双列直插式封装。可以完成ISP在线编程功能。本设计是以主控芯片STC12C5A32S2为中心器件，辅以小键盘、发光二极管、和 蜂鸣器电路来设计电子琴系统，同时详细论述了该系统的设计过程及关键技术。第二章电子琴硬件电路设计51单片机的介绍与组成51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的 始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了 长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89 系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今

7、后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应 用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。组成：8位CPU4kbytes程序存储器（ROM） （52为8K） 128bytes 的数据存储器（RAM） （52 有 256bytes 的 RAM）32条I/O 口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级（52有6个）一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电CPU：山运算和控制逻辑组成，同时

8、还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O 口：四个8位并行I/O 口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART （通用异步接收发送器）的串行I/O 口，用于实现单片机之间或单 片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M单片机主控电路图6单片机复位电路该电路采用的是STC12C系列的单片机，此系列单片机是宏晶科

9、技生产的单时钟/机器周期单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8031单片机，指令代码完 全兼容传统8051,但速度快8-12倍。资源丰富。复位电路采用的是按键手动复位。时钟电路釆用的是12M晶振，用内部振荡器。4X4矩阵键盘电路图3矩阵键盘电路矩阵键盘共有16个按键，其中sl-s7分别是中音的do-ti控制键，S8-S14分 别是高音的do-ti的控制键，而S15和S16则是音乐的播放和控制键。占用单片机 的 P1 口。蜂鸣器电路图4蜂鸣器电路蜂鸣器电路主要是系统的发音电路。用PNP三极管8550来驱动蜂鸣器发声。第三章电子琴电路软件设计程序流程图TO初始化并开中断允放TO识别按键功根据

10、按键功能，装入音符T值到启动TO工作逐式键盘沽融殛停止TO工作TO中断入口1重装THO, TLO初取反工中断返回音乐播放部分音乐实际上是固定周期的信号。本系统是用AT89S52的定时器控制，在脚上输 出方波周期信号，产生音乐。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，然后山查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就可以实现演奏效果。在输出 中我们用蜂鸣器及其驱动电路实现发声。电子琴弹奏部分本系统设置了 16个按键，其中三个按键为高音、中音、低音的选择按键，其余 为发音按键，按下不同的按键产生不同的音符，通过按键

11、时间的长短控制发音的长 短，这样弹奏人员可以随心所欲的弹奏自己所喜爱的乐曲。电子琴弹奏实际上就是把 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。我们运用单片机的最小系统，用P2 口的低三位作高音、中音、低音的选 择按键的接口，用P1 口的低七位作发音按键的接口。具体发音原理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TO来产生这样方波频率信 号，因此，我们只要把各个音阶对应频率关系弄正确即可。若要产

12、生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2, 即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将蜂鸣器端口反 相，然后重复计时再反相。就可在该引脚上得到此频率的脉冲实现发音。利用AT89S52的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数初值 THO及TLO以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz,其周期T = 1/523 = 1912 P s,因此只要令计数器计时956 u s/1 u s=956,每计数956次时将I/O 反相,就可得到中音DO （523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式是：N=fi4-24-fr式中，是计数值；fi

13、是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为 1MHz） ； fr是想要产生的频率。其计数初值T的求法如下：T = 65536?=65536 fi*2Ffr例如：设 K=65536, fi = lMHz,求低音 DO (261Hz)、中音 DO (523Hz)、高音 DO (1046Hz)的计数值。T = 65536-N=65536-fi4-24-fr= 65536-1000000 4-2 4-fr = 65536-500000/fr低音 DO 的 T = 65536 50000/262 = 63628中音 DO 的 T = 65536 50000/523 = 64580高音 DO 的 T

14、= 65536-50000/1046 = 65058因此，可以通过讣算求得各音阶的简谱码T值如下：1 Do 的 T = 65536 50000/=636282 Re 的 T = 65536 50000/=638363 Mi 的 T=65536 - 50000/=640214 Fa 的 T = 65536 50000/=641045 So 的 T = 65536 - 50000/=642616 La 的 T = 65536 - 50000/=644007 Si 的 T=65536 - 50000/=64524相应求得在要发出不同音符时先给定时器T0装入的初值如下表:音阶1 Do2 Re3 Mi4 Fa5 So6 La：Si频率 (HZ)初值63628638366402164104642616440064524第四章程序#include #define SYSTEM_OSC国科学技术大学出20042. 陈明荧，8051单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社，20043. 何立民，单片机应用技术选编M,北京航空航天大学出版社，20044. 涂时亮，单片机软件设计技术，重庆科技文献出版社，19875. 做而论道基于51单片机的4*4矩阵键盘电子琴.