基于单片机的简易电子琴的设计与制作毕业论文目 录第1章 绪论 11.1 论文研究的背景和意义 11.1.1 研究背景 11.1.2 研究意义 11.2 国外研究情况 21.3 研究的容 21.4 研究的重点难点与研究方法 21.4.1 本文的重点 21.4.2 本文的难点 21.4.3 本文的研究方法 2第2章 方案比较与论证 4第3章 系统总体框图与硬件简介 53.1 系统的总体框图与组成 53.2 AT89C51简介 53.3 LM386 73.4 扬声器 7第4章 系统软件设计 94.1 音乐相关知识 94.2 如何用AT89C51单片机实现音乐中的节拍 94.3 如何用AT89C51单片机产生音频脉冲 104.4 系统程序流程图 124.5 电源电路的工作原理 13第5章 各功能模块原理图 155.1 AT89C51电路原理图 155.1.1 复位电路 155.1.2 晶振电路 155.1.3 按键电路 155.2 键盘扫描模块电路原理图 165.3 LCD1602电路原理图 16 / 5.3.1 液晶显示原理 165.3.2 LCD1602的基本参数与引脚功能 165.4 音频放大电路原理图 17第6章 PROTEUS仿真 196.1 PROTEUS简介 196.2 仿真电路 196.3 仿真测试 196.3.1 电子琴弹奏仿真 196.3.2 电子琴自动播放仿真 206.4 仿真结果 216.5 实物图21第7章 心得体会23致 谢 24参考文献 25附录 26附录一：PROTEUS仿真图 26附录二：元件清单 26附录三：主要源程序 26 第1章 绪论1.1 论文研究的背景和意义1.1.1 研究背景对于生活在21世纪的我们，电子产品有着越来越重要的地位，简易电子琴就是其中一个非常典型的代表，它把许许多多的孩子们带进了音乐的殿堂。
因此，我选择了基于51单片机的简易电子琴设计这个题目来做，因为它不仅能提高我的动手能力，还与我们的实际生活有着密切的联系通过做基于51单片机来设计简易电子琴的这个选题，使我能够更深层次的了解了51单片机技术，在这之前只有课本上的一些理论，但是实践的机会并不是特别多，所以在做这个选题的过程中，我更加熟练的掌握了单片机芯片的很多应用，同时也了解到，我们以前所学到的很多理论知识存在与实践脱节的问题，可以说做完此次毕业设计，让我们对单片机有了更多、更深的认识近几年来，电子琴的发展相当迅速，不论是在国外还是在国，不管是在它的制造工艺上和操作程序上，还是在它的演奏技法上都有了很大的发展自从八十年代电子琴这种乐器进入到我国以来，它受到了广大的初学者、音乐爱好者以与音乐家的喜爱，以它独特的经济适用力和自身强大的功能可以说目前电子琴在中国的使用率还是挺高的，这不管是对大家音乐素质的提高，还是对音乐的发展都起到了很大的作用1.1.2 研究意义在目前的音乐领域上已广泛使用高科技，其中一个典型代表就是电子琴，主要原因是它融合了古典文化和现代文明它不仅在传统音乐文化上帮助了我们音乐教师的教育教学工作，而且在现代音乐、电子音乐等方面的教学时，比之前更直接、更方便。
随着现在科技的不断发展，又使得电子琴具备现代音乐——特别是电子音乐的基本结构特征，它的出现，给音乐老师和孩子们带来了更多的乐趣在21世纪到来之际，电子技术的发展相当迅速，因此它正逐渐影响并改善着人们的学习，工作和生活基于目前市场上电子产品的大量需求，而简易电子琴就是其中一个非常好的应用因此，希望本论文在研究基于51单片机的简易电子琴能够给人们在生活上带来更多的乐趣，同时可以利用单片机技术来实现简易电子琴的功能，即利用软硬件相结合的方法，来实现它的微型化简易电子琴还具有制作简单，成本低、体积小、控制方便和比传统的电子琴功能更加完善等优点1.2 国外研究情况自20世纪90年代以来，电子琴的应用已遍与全国，因此对国外电子琴的核心技术，工艺设备、技术应用以与它的发展趋势的了解，对于整个企业在提升产品技术的规格、提高市场的竞争力上来说非常的关键它在国外也同样被人们所熟知，所喜爱，被广泛的研究，并且在这个领域，人们取得了非常多的令人可喜可贺的研究成果目前，电子琴已被广泛用于教学当中，因此，它的相关理论和教学体系也在不断得改进和完善中，以国外双排电子琴为例，国的双排电子琴的如今的发展，主要表现在就业方面，我国多年来先后培养了很多优秀的双排键音乐人才，他们大多在我国的重点音乐学院从事教学工作，为我国的双排键音乐事业的发展在一定程度上起到了积极的推动作用。
国外（日本）双排电子琴的发展现状，主要表现在两个方面，一是课程设置上，二是音乐院校的就业情况课程设置分必修课和选修课，其中必修课为双排电子琴专业课程，双排电子琴即兴演奏，声乐课程和音乐美学作曲编曲法；选修课为钢琴专业课，音乐基础研究等课程通过科学和系统的教学，使得学生们在走向社会时，能够适应各种各样的工作所以他们的就业情况很乐观，分布也很广泛，比如说在音乐培训机构教学，在各个艺术团体参加表演，在福利院，疗养院等工作1.3 研究的容用一个AT89C51单片机设计一个简易电子琴，能够通过按键发出8种不同音阶的音乐，即1、2、3、4、5、6、7（高音），通过每个按键的控制使单片机系统输出不同频率的脉冲，经过扬声器发出不同频率音调，且能播放多首歌曲同时还可以选择播放已存入的音乐，并具有手动演奏和自动播放两种方式1.4 研究的重点难点与研究方法1.4.1 本文的重点本课题的重点是如何正确理解和使用AT89C51单片机以与如何用LCD1602来显示时间1.4.2 本文的难点本课题难点在于如何编写程序[1]让采集的数据正确的显示在LCD上，以与由51单片机实现声音的产生和处理1.4.3 本文的研究方法从本论文所要达到的设计要求以与所要实现的功能来看，此简易电子琴的设计主要是以AT89C51为核心控制元件，以实现手动弹奏歌曲和自动播放歌曲功能这两大部分组成。
手动弹奏歌曲是根据具体的4×4矩阵键盘设置了中高音16个音符按键，8个中音模式切换键和8个高音模式切换键还有两个功能选择键以与一个停止键，自动播放音乐是在单片机的存储器中通过C语言编程[2]的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现从系统的硬件结构来看，主要用到了51单片机、16个按键输入电路、LCD液晶显示电路、扬声器以与功率放大电路等等在有机的结合这些硬件电路的基础上，满足本论文简易电子琴设计的基本硬件要求从系统软件的设计角度来看，简易电子琴的设计采用了电路原理图模块化的设计方法，本论文分为四大模块：AT89C51模块电路原理图、键盘扫描模块电路原理图、LCD液晶显示模块和功放电路模块此外，还采用了程序设计思想，把中断定时方式和外部按键查询方式结合起来，从而实现了手动弹奏歌曲到自动播放歌曲的切换从音乐产生的原理来看，采用控制51单片机定时器的定时时间的方法来产生不同频率的音频脉冲，然后经过音频功率放大器LM386，放大后以此驱动扬声器，然后发出不同音乐的声音最后节拍的控制采用延时的方法来控制发音时间的长短，从而控制节拍综上，根据上述不同角度的方案设计原理，本文主要从软件和硬件以与音乐产生的原理，需要实现的功能和要求这几个部分进行了有计划有步骤的系统分析与设计，从而确立了最终的总体设计方案。
第2章 方案比较与论证方案一：采用静态RAM存储LCD显示屏的显示容，静态RAM的优点是存储容量大，传输速度快等但它所存储的数据掉电之后就会消失，因此对于长时间不变的数据不益于存储方案二：采用ROM芯片存储LCD显示屏要显示的信息，ROM芯片存储信息的时间很长，而且掉电后数据不会丢失，这种方式对于不变的数据益于存储方案三：采用串行EEPROM存储LCD显示屏要显示的信息，串行EEPROM技术是一种不容易丢失信息的存储技术，它具有所有类型存储器的不挥发性、可更新性、高密度、低功耗和高性价比的优点，特别适合应用在各类工业测控系统中它不但克服了诸如2816、2817、2864等这些常用并行EEPROM器件的价格高、体积大、可靠性低等不足，而且在速度要求不是特别高的情况下，它是人们最理想的选择通过比较以上三种方案，可以看出方案三有明显的优点，因此本论文选择方案三第3章 系统总体框图与硬件简介3.1 系统的总体框图与组成本系统硬件设计的任务主要是根据本论文的设计要求，在AT89C51单片机的基础上，以与系统中所需要用到的一些元器件，把它们根据电子琴的原理合理的结合在一起，然后设计出本论文系统的结构图。
如以下图3.1所示本论文要求是设计一个由AT89C51单片机控制的简易电子琴本文具体用AT89C51单片机，LM386放大器，LCD液晶显示器，4×4的矩阵键盘，扬声器，来设计一个简易电子琴单片机需工作在12MHZ的时钟频率其中4×4的矩阵键盘是用高、中音各8个音节组成的，用户可以在键盘上弹奏自己喜爱的歌曲，此时它会根据用户的弹奏，通过扬声器把好听的歌曲播放出来本次论文要XX现的功能是:由用户手动弹奏歌曲和自动播放提前设置好的歌曲由于单片机自身并没有足够的驱动能力，所以当部定时器的定时时间所产生的音频脉冲，用它来直接驱动扬声器并不能得到本论文所要求的音乐，因此，本论文使用了音频功率放大电路本论文采用低压音频功率放大器LM386来实现音频功放电路此放大器是由美国国家半导体公司生产的图3.1 系统结构图3.2 AT89C51简介AT89C51是一种有着字节为4K的FLASH存储器的低电压和高性能CMOS8位微处理器的单片机[3]单片机采用的制造技术为ATMEL高密度非易失存储器制造，并与工业上标准的MCS-51指令集、输出管脚相兼容该器件的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次此单片机还为很多嵌入式的控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的方案。
是由于该器件能够把多功能8位的CPU以与闪速存储器，将他们组合在单个芯片中 (1)AT89C51的主要特点v 能够与MCS-51 相兼容v 拥有4K字节可编程FLASH存储器v 它的寿命为1000写/擦循环v 其数据保留时间为10年v 其全静态工作为0Hz-24MHzv 有着三级程序的存储器锁定v 有着128×8位的部RAMv 有着32可编程的I/O线v 有两个16位的定时器/计数器v 有着5个中断源v 拥有可编程的串行通道v 有片振荡器以与时钟电路 （2）AT89C51的主要管脚说明VCC：供电电压GND：接地P0口：P0口是一个8位的双向I/O口，也是一个漏级开路的双向I/O口它的高阻输入状态表现为它的管脚第一次写入1的时候P0口在被定义为数据/地址的低八位时可以用做外部程序数据存储器P0口还可以作为原码输入口和输出原码，前者是在FIASH编程时情况下可以用，后者是在FIASH校验的情况下P1口：是一个8位的双向I/O口，和P0口不同的是，它是一个部提供上拉电阻的双向I/O口当P1口作为输入时，此时管教写为1且部被上。