简易电子琴的设计.doc

1、项目申请书姓 名 班 级 学 号项目名称： 简易电子琴内容提要： 本次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简易的电子琴。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、扬声器、显示等模块组成核心主控制模块。设计一个简易的电子琴，要求能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符。技术路线和技术关键： 利用单片机产生不同的频率来获得我们要求的音节，最终可以弹奏想要表达的音乐。按下按键会LED灯亮，扬声器播放对应的音符。通过发光二极管来显示各频谱的大小。应用前景： 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。它在现在音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能

2、和灵活的编程实现特征，它已融入现代人们的生活中，成为 不可代替的一部分。指导老师意见：同意签名5月10日教研室意见：同意签名：5月10 日 开题报告姓 名学号班级项目名称简易电子琴主要研究（设计）内容：用一个单片机最小系统的设计简易电子琴，按下不同的按键，能够发出不同的声音。经过每个按键的控制使单片机输出不同频率的脉冲，经过扬声器发出不同的音调。方法及其预期目的： 要求能够发出1、2、3、4、5、6、7个音符。通过7个灯来分别代表1、2、3、4、5、6、7等七个音符,每按下一个键,亮一个灯。项目特色和重点难点： 该设计就是设计出一个简易电子琴能发出7个不同的音调，通过运用单片机来实现。课题进度

3、计划：1、搜集整理资料、完成开题报告；2、学习课题设计的相关知识；3、 完成初步设计；4、撰写论文初稿；5、论文修改定稿。指导教师意见：同意开题 指导教师签字：5 月20 日摘 要随着电子技术的发展，电子技术逐渐在改善人们的学习、生活、工作、因此开发本系统希望给人们带来一点生活上的乐趣，电子技术与音乐的结合不断的加深。由此而产生的电子琴在这种形势下，因其体积小易于携带，经济适用，对于初学者，尤其对识谱的人来说是很容易弹奏的，一首简单的曲子灵感好的人甚至不用很多的练习和教师的指导就能很快的弹奏出来。是一般家庭都能承受得了的经济投入，而且电子琴键盘操作直观易于掌握。这样就强烈地激发了学习者的学习兴

4、趣，迅速地提高了电子琴的普及率。电子琴使用简单。深受广大音乐爱好者推崇。作为电子专业的学生，掌握电子琴的制作是很好检验我们所学知识应用。它所包含的知识基本上覆盖我们的模拟电子技术基础、数字电子技术基础、EDA技术、电子线路、单片机基础以及接口技术课程的重要章节。虽然我们不能设计出很复杂的电子琴，主要是考虑到设备以及成本等一系列问题，因此我打算设计并制作一个简易的电子琴。采用集成电路设计，基于AT89S51单片机设计一款简易的电子琴。【关键字】：电子琴 单片机 AT89S51 LM3863前 言 随着当代科学技术的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代

5、表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此，我们选择了简易电子琴这个题目来制作，因为它不仅能够提高我的实践动手能力，还与实际生活有着紧密地联系。 脉冲与数字电路是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是脉冲与数字电路的相关知识。其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握小型数字系统的组装和调试技术，装握查阅有关资料的技能。基本任务是设计一个小型数字电子系统，基本要求是组装一个小型电子产品，一般要求焊接，检验再检验。在毕业设计的过程中，系统的概念十分重要，熟悉从系统的层次分析问题、解决问题的方式。基本方法除了实验课中要求

6、掌握的功能测试、故障排除等各种一般方法以外，要特别注重使用“电路拼装”的方法。目 录摘 要1前 言2目 录31、课设题目：简易电子琴的设计31.1 电子琴设计的背景31.2 电子琴设计的意义41.3 电子琴设计的目标42、方案的选择62.1 选择控制模块方案62.2按键的选择63、硬件设计及说明83.1系统组成及总体框图83.2.1 AT89S519图3-2 AT89C5引脚图93.2.2 LM386113.2.3 AT89C51晶振电路123.2.4 LED的显示部分123.3.1AT89C51电路电路图 如图3-6所示134 软件设计135 实物展示16附件一17总 结18参考文献19致

7、谢20结束语211、课设题目：简易电子琴的设计1.1 电子琴设计的背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等。1.2 电子琴设计的意义该设计具有以下优点：(1)可以随意弹奏想要表达的音乐；(2)制作简单，成本低.1.3 电子琴设计的目标由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。其次，在这次设计可行性上进行分

8、析如下：1、经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是提高我们的动手能力以及资金有限。因此在经济上必须能够5承受，比较理想化的对于我们毕业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。2、技术可行性：技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成毕业设计的主要问题，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。综上所述，本系统设计目标已经明确，在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。62、方案的选择2.1 选择控制模块方案采用AT89S51单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了

9、本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到4K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。2.2按键的选择传统电子琴可以用键盘的“1”到“7”键演奏从低SO到高DO等7音调。电子琴设有7个按键，分别代表7个音符。通过软硬件设计，按键触发外部中断，中断使程序跳转，上实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现各种琴键的声音。如图2-1所示：P1.0do音输入键P1.1re音输入键P1.2mi音输入键 P1.3 fa音输入键P1.4 so音输入键P1.5 la音输入键P1.6 si音输入键7图2-1

10、按键电路83、硬件设计及说明 3.1系统组成及总体框图硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，单片机工作于12MHZ时钟频率，使用其定时/计数器T0，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号。该设计具有7个音节的键盘，用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据用户的弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。节拍由用户掌握，不由程序控制。用单片机产生的音频脉冲直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐，因为它没有足够的驱动能力，这就需要音频功率放大电路。按键控

11、制使用国家半导体公司的低压音频功率放大器LM386来实现音频功放电路。如图3-1所示：LED灯显示电源单片机控制扬声器音频放大图3-1 系统结构图93.2.1 AT89S51AT89S51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，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。如图3-2所示：图3-2

12、 AT89C5引脚图10 AT89S51各引脚功能介绍：VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。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

13、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

14、阻的双向I/O口，可接收11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。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。3.2.2 LM386LM386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。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。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