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1、襄阳理工单片机设计报告基于 51 单片机的多功能电子琴班 级： 通信 1111姓 名：指导老师： 刘含摘要随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾 说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。 本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。我们对于电子琴如何实现其功能， 如音色选择、声音强弱控制、节拍器、自动放音功能等等也很好奇。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 AT89S51
2、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：AT89S51单片机 音色 节拍器自动放音引言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。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的
3、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 16 个按键 和扬声器器。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
4、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。电子琴整体结构图二，电子琴各模块分解1， 键盘部分4X4 行列式键盘识别及显示组成键盘的按键有机械式、电容式、导电橡胶式、薄膜式多种，但不管 什么形式，其作用都是一个使电路接通与断开的开关。目前微机系统中 使用的键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本 类型。编码键盘：键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路。不仅 能自动检测被按下的键，
5、并完成去抖动、防串键等功能，而且能提供与 被按键功能对应的键码（如ASCII码）送往CPU。所以，编码键盘接口 简单、使用方便。但由于硬件电路较复杂，因而价格较贵。非编码键盘：键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。有关按键的 识别、键码的确定与输入、去抖动等功能均由软件完成。目前微机系统 中，一般为了降低成本大多数采用非编码键盘。键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生 4 个基本 功能。（1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关，一般为520mm。所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能 保证识别正确
6、无误。去抖问2， 题 可 通 过 软 件 延 时 或 硬 件 电 路 解 决 。（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键 没有释放又有新的按键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和 N 键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下 时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。 N 键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。（3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，
7、需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入 /输出端 口。（4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键 码。o 匸卜用AT89S51的并行口 Pl接4x4矩阵键盘，以P3.0P3.3作输入线，以P3.4P3.7作输出Z.V.AS 2iA10 jah .4/A1ZSA13 ja*AUIVRXIi irrxp slimj sIStT .iiTn 35iT1 iJ&WH? 3.7RD线3，2，发声部分LM386 内部电路LM386
8、 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压 消费类产品。LM386 特性：静态功耗低，约为4mA,可用于电池供电；工作电压范围宽，4V-12V或5V-18V；外围元件少；电压增益可调， 20-200；低失真度。LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电 压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之 中。5D 5 ZSP -输入反相hI:两価； g设耳!1图 1-3 LM386 内部电路原理图Figl-3LM386 internal circuit diagramLM386 内部电路原理图如图 1-3 所示。与通用型集成运放相
9、类似，它是一 个三级放大电路.第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放 大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4 信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。 使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等 于双端输出电容的增益第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍 数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出 级。二极管 D1 和 D2 为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。弓I脚2为反相输入端，引脚3为同相输入
10、端。电路由单电源供电，故为OTL 电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。3， 音乐播放部分通过P2.7 口控制音乐播放。三，音乐产生的方法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正确即可。 若要产生音频脉冲，只要算
11、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P1.0反 相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1 ）下，改变计数值THO及TL0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=l/523 = 1912p s,因此只要令计数器计时956s/lp 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（如式2-1所示）是：N = fiF2Ffr2-1式中，N是计数值；fi是机器频
12、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 N=65536 fiF2Ffr例如：设 K=65536, fi = 1MHz,求低音 DO （261Hz）、中音 DO （523Hz）、 高音DO （1046Hz）的计数值。T = 65536 N=65536 fiF2Ffr = 65536 1000000F2Ffr = 65536 500000/fr低音 DO 的 T = 65536 500000/262 = 63627中音 DO 的 T = 65536 500000/523 = 64580高音 DO 的 T = 65
13、536 500000/1046 = 65059单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如表2-2所示表 2-2 音符频率表Table 2-2 notes the frequency table音符频率（HZ）简谱码（T 值）音符频率（HZ）简谱码（T 值）低1 DO26263628# 4 FA#74064860#1 DO#27763731中5 SO78464898低2 RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中6 LA88064968低3 M33064021# 693264994低4 FA34964103中7 SI98865030# 4 FA
14、#37064185高1 DO104665058低5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高2 RE117565110低6 LA44064400# 2 RE#124565134# 646664463高3 M131865157低7 SI49464524高4 FA139765178中1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高5 SO156865217中2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732咼6 LA176065252中3 M65964777# 618656526
15、8中4 FA69864820高7 SI196765283我们要为这个音符建立一个表格，单片机通过查表的方式来获得相应的数据低音019 之间，中音在 2039之间，高音在 4059 之间TABLE: DW 0, 63628, 63835, 64021, 64103, 64260, 64400, 64524, 0, 0DW 0, 63731, 63928, 0, 64185, 64331, 64463, 0, 0, 0DW 0, 64580, 64684, 64777, 64820, 64898, 64968, 65030, 0, 0DW 0, 64633, 64732, 0, 64860, 64934, 64994, 0, 0, 0
