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1、基于单片机的电子琴设计【摘要】电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物。电子琴是一种新型的键盘乐器，采用半导体集成电路,对乐音信号进行放大,通过扬声器产生音响.由音色,自动伴奏,自动和弦三大部分组成.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AT89C52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9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
2、：单片机，键盘，扬声器，电子琴【Abstract】:Electronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It played an important role in modern music. SCM has powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converged with modern peoples liv
3、es, become an irreplaceable part. The main content is AT89C52 control of the core components, design of a electronic organ. SCM as a host to the core, with the keyboard, speaker and other core modules. In the main control module has 9 keys and a speaker. The system is steady, its simple hardware cir
4、cuits, software functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. It also has certain practical and reference value.Key words : SCM keyboard speaker electronic organ目 录第一章绪论11.1电子琴的研究背景11.2电子琴的现状及前景1第二章 总设计方案22.1系统框图22.2模拟电子琴音乐键的设计说明22.3音乐控制方案2第三章 硬件设计53.1电子琴的电路原理
5、53.2 AT89C52 单片机的简介53.3 AT89C52单片机的附属电路63.4 电原理图73.4.1单片机电路73.4.2显示电路83.4.3按键电路93.4.4电源电路10第四章 软件编程114.1软件流程图11第五章 PCB印制板195.1 PCB板的设计19结束语21参考文献22致谢23附录24扬州工业职业技术学院毕业设计第一章 绪论1.1电子琴的研究背景在电子音乐领域，自从20世纪末期MIDI（乐器数字化接口）推出和逐步规范化后，各种乐器及众多数码音视频产品中采用MIDI技术已逐渐成为一种潮流。但是当前各厂商的电子琴产品通常使用自己设计的专用音源，并且软硬件均不对外公开，阻碍了
6、MIDI技术的交流。作者在开发基于MIDI模块的音乐发生器的过程中，进行了用单片机控制通用MIDI音源模块的相关功能制作电子琴的实践，制作出具有8个按键的 MIDI电子琴，该琴支持单音和复音弹奏，单片机以标准的MIDI波特率传送信息，通过串口连接蜂鸣器，从而获得优美的乐音。1.2电子琴的现状及前景键盘乐器，采用半导体集成电路，对乐音信号进行放大，通过扬声器产生音响。发音音量可以自由调节。音域较宽，和声丰富，甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果，表现力极其丰富。它还可模仿多种音色，甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音（如人声，风雨声等）。另外，电子琴在独奏时，还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏，适
7、合于演奏节奏性较强的现代音乐。另外，电子琴还安装有混响、回声、延长音、震音和颤音等多项功能装置，表达各种情绪时运用自如。电子琴是电声乐队的中坚力量，常用于独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。电子琴的演奏有较大一部分是通过自动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。 25第二章 总设计方案2.1系统框图本次设计音乐电子琴主要以AT89C52为核心，同时
8、包含了按键电路，晶振电路复位电路，及采用三极管放大，扬声器（喇叭）播放，下面是本次设计的主要框图如图2.1：播放模块 喇叭中心控制模块 AT89C52按键控制模块按键状态图2.1系统框图2.2模拟电子琴音乐键的设计说明音节是由不同的频率的方波产生，音节与频率的关系。方波的频率由定时器控制，定时器溢出后，产生中断，将P1.0接口取反即得周期方波，每个音节相应的定时器初值X可按下法计算：（1/2）*（1/f）=（12/fosc）*（216-X）即X=216-（fosc/24f）当晶振fosc=11.0592时，音节1相应的定时器初值为X，则可得X=63777D=F921H，其他的可同样求取。音节的
9、节拍由延时子程序来实现。延时子程序实现基本延时时间，节拍值只能是它的整倍数。2.3音乐控制方案本系统主要完成世上只有妈妈好的播放功能，因此用定时器T1中断方式产生200ms基准时间，再根据音乐的音拍的时间的长短对基准时间用软件计时。可以用查表方式取得计数参数，计时到后将播放子程序地址送DPTR，转入播放子程序。（1）若要产生音频脉冲，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P1.0反相，然后重复计时再反相。 （2）利用AT89C52的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的
10、方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，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： Nfi2fr 式中，N是计数值；fi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： T65536N65536fi2fr 例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。 T65536N65536fi2fr6553610000002fr65536500000/f
11、r 低音DO的T65536500000/26263627 中音DO的T65536500000/52364580 高音DO的T65536500000/104665059 C调各音符频率与计数初值T对照如表2.1所示。表2.1简谱码对应的T值简谱发音简谱码T值3低音M1640214低音FA2641035低音SO3642606低音LA4644007低音TI5645241中音DO6645802中音RE7646843中音MI8647774中音FA9648205中音SOA648986中音LAB649687中音TIC65030高音DOD650592高音REE651103高音MIF65157不发音065110
12、下面我们要为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：TABLE1: DB 64260,64400,64524,64580DB 64684,64777,64820,64898DB 64968,65030,65058,65110DB 65157,65178,65217（3）音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）如表2.2所示。表2.2各调1/4节拍的时间设定曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms调4/462ms调3/4187ms调3/494ms调2/4250ms调2/4125ms第三章 硬件设计3.1电子琴的电路原理此次设计的是一个9按键的音乐电子程序，我们由电路
13、的框图而知，按键P1.0-P1.7分别模拟音乐电子琴的7个按键和P3.4为功能键，P2.1通过一个音频放大器接到一个喇叭上，P3.4键模拟音乐电子琴的控制键。我们可以通过判别按下控制键P3.4的次数来判别是可以按电子琴的8个按键还是播放音乐，比如，当我们按下控制键的次数为奇次，这时我们可以分别按下P1.0-P1.7键，这样就可以清楚的听到从喇叭处发出的DO、RE、MI、FA、SO、LA、XI、DO(中) 8个不同的音调，当按下P3.4键的次数为2次，这时单片机内部程序就会自动转到音乐程序处顺序播放出好听的世上只有妈妈好。我们如果再按下模拟键盘时不会发出任何的声音，同理，当我们再次按下控制键P3
14、.4，此时它为1次，音乐的程序就会关闭，转去执行模拟键盘的程序。如此重复，就会达到设计所提出的要求。3.2 AT89C52 单片机的简介AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52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，AT89C52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。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件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。3.3 AT89C5
