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基于51单片机简易电子琴的设计.pdf
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基于51单片机简易电子琴的设计.pdf
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电子琴的设计
1 课题背景
单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物,属于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。他的应用必定导致传
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,是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮
演重要的角色,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 AT89S52 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 8 个按键,和一个复位按键。
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硬件的组
成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏要表达的音符。
并且分别从原理图,主要芯片,个模块原理及各莫奎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,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以
利用不同的频率的组合,构成我们想演奏的那首曲目。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 来产生这样的方波频率信号,因此,
我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。
2 任务要求与总体设计方案
2.1 设计任务与要求
利用所给键盘的 1,2,3,4,5,6,7,8 八个键,能够发出 7 个不同的音调,而且
有一个按键可以自动播放歌曲,要求按键按下时发声,松开延时一小段时间,中间再按
别的键则发另外一音调的声音,当系统扫描到键盘按下,则快速检测出是哪一个按键被
按下,然后单片机的定时器启动,发出一定频率的脉冲,该频率的脉冲经喇叭驱动电路
放大滤波后,就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被
按下,则启动中断系统。前面的发音停止,转到后按的键的发音程序。发出后按的键的
音调。
2.2 设计方案
2.2.1 播放模块
播放模块是由喇叭构成,它几乎不存在噪声,音响效果较好,而且由于所需驱动功率
较小,且价格低廉,所以,被广泛应用。
2.2.2 按键控制模块
电子琴设有 8 个按键,其中 7 个作为音符输入,另外一个作为模式转换按键,实现用
户存放的自动播放歌曲。7 个按键分别代表 7 个音符,包括中音段的全部音符,通过软
硬件设计,模式转换按键触发外部中断,中断使程序跳转,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,跳转到对应的程序入口,实
现自编歌曲的。
2.3 总体硬件组成框图
该设计方案是通过按键随意按下所要表达的音符,作为电平送给主体电路,中央处理
器通过识别,解码输出音符,在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏我
们想要的音符或者是音调,电路由复位电路,指示灯电路,和功能按键电路组成,通过
功能键可以选择播放音乐或者弹奏音节,硬件主要有下面几个部分组成。
图 2-1 电子琴硬件设计框图
用 P2 口的高四位和 P2 口的第四位作为按键的接口,用 P1 口做信号输出口。
3 系统的硬件设计
为了使电子琴的控制系统更加的方便、灵活以及稳定性,我们对系统硬件进行了简约
和优化,使硬件更加的实用,更加的人性化,硬件电路包括中心控制模块、播放模块、
按键控制模块、复位按键模块四大类。
3.1 中心控制模块的硬件设计
这次设计的中心控制模块是采用 AT89S52 单片机来控制整个系统。其中 P2 口作为输
功 能 选 择
(弹奏/播放)
键盘输入
AT89S52 单片机
音 频 放
大
喇 叭 发
出声音
入口,P1 口为信号输出口,P1.0 连接音响驱动电路。
3.2 声音播放模块的硬件设计
如下图所示,为声音的播放模块,它接到 P1.0 口上,当有按键按下时,它通过 AT89S52
中心控制芯片的识别后发出相应的音符。
图 3-1 音频放大电路
3.3 按键控制模块和复位电路模块的硬件设计
在 P2 口连接有 8 个按键开关加 8 个拉电阻,它们一端接 5 伏电源,一端接地。只要
有一个按键被按下,并被单片机扫描到,则会播放发出音符。
图 3-2 上图为按键复位电路
图 3-3 上图为按键电路
4 单片机最小系统设计
4.1 电子琴主要电路及其芯片
在电子琴主要电路设计中,我们采用了 AT89S52 单片机芯片,其特点及管脚封装如下
介绍一般。
At89s52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存
储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造,与工业 80C51 产品指令和引
脚完 全兼容。AT89S52 具有以下标准功能: 8k 字节 Flash,256 字节 RAM, 32 位 I/O
口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位 定时器/计数器,一个 6 向量 2 级中
断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑
操作,支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许 RAM、定时器/
计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下,RAM 内容被保存,振荡器被冻结, 单
片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可
编程 Flash AT89S52
P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。
在 flash 编程和校验时,P3 口也接收一些控制信号。
端口引脚 第二功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断 0)
P3.3 INT1(外中断 1)
P3.4 TO(定时/计数器 0)
P3.5 T1(定时/计数器 1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外,P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机
复位。
上图为 AT89S52 芯片的管脚图
4.2 音频功放电路 LM386 芯片
电子琴的功放电路采用了 LM386 芯片,使用 AT89S52 驱动音频放大芯片工作,以达到
我们想要输出的音频效果。
LM386 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
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