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1、通信103班 付红娜 基于单片机的电子琴设计单片机课程设计项目名称 基于单片机的电子琴设计 专业班级 学生姓名 指导教师 2012 年 12 月 10 日17摘 要本课程设计利用AT89C51单片机模拟了简单的电子琴系统。运用Proteus仿真、Altium Designer09软件绘制原理图，生成PCB，使用Keil软件编写C程序并通过单片机的I/O端口控制矩阵键盘及喇叭发声。实验原理简单清晰，使我们能够很容易的理解电子琴的工作原理。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。通过这次动手实验，既培养了对小设计的兴趣，又体会到了理
2、论与实际的差距。关键词：AT89C51；矩阵键盘；喇叭； AbstractThe course is designed by using AT89C51 single-chip microcomputer simulate the simple keyboard system. Using the Proteus simulation, drawing principle diagram by Altium Designer09 software, generating PCB, using Keil software write C program , through the S-Ms I/
3、O port control matrix keyboard and a trumpet sound. Experiment principle simple and clean, so that we can easily understand the working principle of the keyboards. The systems operation stable, its advantage is hardware circuit is simple, software perfect function, control system reliable, ratio is
4、higher, has a certain practical and reference value. Through this hands-on experiment, it is not only cultivate interest in the small design, but also experienced the theory with practical gap.Keywords: AT89C51; Matrix keyboard; Loundspeaker 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 音乐产生原理11.3 主要设计任务2第2章
5、 电子琴系统的基本理论32.1 AT89C5132.1.1 AT89C51简介32.1.2 AT89C51性能简介32.1.3 AT89C51引脚简介42.2 LM38652.2.1 LM386简介52.2.2 LM386内部电路52.2.2 LM386引脚简介6第3章 系统的硬件设计73.1 系统工作原理73.2 总体设计框图73.3 中心控制模块83.4 播放模块93.5 按键模块93.6 电路仿真图10第4章 系统软件设计114.1 主程序流程图114.2 定时器T0程序流程图12结论13参考文献14附录1 原理图15附录2 PCB及3D视图16附录3 源程序17附录4 实物图23第1章
6、 绪论1.1 课题背景电子琴是电声乐队的中坚力量，常用于奏主旋律并伴以丰富的和声。还常作为独奏乐器出现，具有鲜明时代特色，但电子琴的局限性也十分明显：旋律与和声缺乏音量变化，过于协和、单一；在模仿各类管、弦乐器时，音色还不够逼真，模仿提琴类乐器的音色时，失真度更大，还需要不断改进。电子琴的演奏较大一部分通过和弦伴奏来配合完成的，在音乐中和弦的连接推动了旋律地进行，不同的和声连接，形成了不同的音乐色彩。本次设计用AT89C51单片机为核心控制元件与按键和喇叭等模块，设计一个简易的电子琴。1.2 音乐产生原理乐曲是由不同音符编制而成的，每个音符（音名）都有一个固定的振动频率，频率的高低决定了音调的
7、高低。简谱中从低音1至高音1之间每个音名对应的频率参见表1-21。表1-2简谱中音名与频率的关系音 名频率/Hz音 名频率/Hz音 名频率/Hz低音1262中音1523高音11047低音2294中音2587高音21175低音3330中音3659高音31319低音4349中音4699高音41397低音5392中音5784高音51569低音6440中音6880高音61760低音7494中音7988高音71976 现以低音6这个音名为例来进行分析。低音6的频率数位440Hz，则其周期为：T=1/f=1/440=0.00228s=2.28ms如果用定时器1方式1作定时，要P2.3输出周期为2.28ms
8、的等宽方波，则定时值为1.14ms，设计数初值为X，根据：定时值=（216-X）*（12/晶振频率），求出计数初值为：X=64396（为计算方便，设晶振频率为12MHz）。计算出计数器初值后，只要将计数初值装入TH0、TL0，就能使P2.3的高电平或低电平的持续时间为1.14ms，从而发出440Hz的音调（音乐的音长由按键控制，按键按下时发声，按键释放时停止发声）2。表1-3所列是采用定时器1的方式1时，各音名与计数初值的对照表。表1-3 各音名与计数初值对照表音 名计数初值音 名计数初值音 名计数初值低音163636中音164586高音165066低音263836中音264686高音2651
9、16低音364026中音364776高音365156低音464106中音464816高音465176低音564256中音564896高音565216低音664396中音664966高音665256低音764526中音765026高音7652861.3 主要设计任务用矩阵按键的16个按键模拟电子琴的16个音符。具体音符为：按压S0、S1、S2、S3、S4键，发出低音3、4、5、6、7；按压S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11键，发出中音1、2、3、4、5、6、7；按压S12、S13、S14、S15键，发出高音1、2、3、4。矩阵按键与各音符的对应关系如表1-1所示3。表1-1矩阵按键与键
10、盘对应关系 低音3 低音4 低音5 低音6 低音7 中音1 中音2 中音3 中音4 中音5 中音6 中音7 高音1 高音2高音3高音4第2章 电子琴系统的基本理论2.1 AT89C51 2.1.1 AT89C51简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高价比的应用场
11、合，可灵活应用于各种控制领域。2.1.2 AT89C51性能简介AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。AT89C51在空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬
12、件复位。主要特性4：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2.1.3 AT89C51引脚简介图2-1为AT89C51的引脚图图2-1 AT89C51引脚图AT89C51的引脚功能5：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高电阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程
13、时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序
14、存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每
