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基于AT89S52单片机的发声电子琴的课程设计报告.doc
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基于AT89S52单片机的发声电子琴的课程设计报告.doc
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模拟电子琴发声控制
系统
. .资料. ..
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摘要
本设计是用 单片机为核心控制元件,设计一个模拟电子琴发声
控制系统。以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器、 显示器等模块组成
核心主控制模块。在主控模块上设有 个按键,其中 个按键控制 个音符,
个作为功能转换键使用,具有手动随意弹奏和自动播放乐曲的功能另外 个
按键用来实现高、中、低音的音符发音。下面具体介绍一下单片机各端口的分
配功能:单片机的 为输入端口,用来控制 个音符的选择弹奏;
为功能转换键,它能切换手动随意弹奏和自动播放乐曲的功能;
为单片机控制电子琴实现弹奏高、中、低的功能切换键; 端口通过上
拉电阻接到 上,然后接 共阴数码管; 为单片机的输出端口,它
通过限流电阻 与三极管级基极相接,三极管的集电极接有接蜂鸣器。
本设计通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲,经三
极管放大信号后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。要实现 个音符的各自的高、
中、低音,需要建立三个表,分别存储高音、中音和低音的频率值;当三个拨
码开关中某一个按下,通过软件选择相应的音频。按下弹奏键就可弹奏出不同
的声音。
另外用软件延时来控制发音时间的长短,来控制节拍。通过把乐谱中的音
符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数,作为数据表格存放在存储器中。
由程序查表得到定时常数和延时常数,分别用来控制定时器产生的脉冲频率和
发出该音频脉冲的持续时间,这样就可以实现乐曲的演奏。
为了实现按键的准确判断和完善电子琴发声的效果,本设计采用了软件防
抖的方法,有效的解决了按键抖动的问题。另外当按下功能切换键,切换至音
乐自动播放功能时,本系统能实现七首歌曲的有选择播放,另附带数码管显示
提醒。这样使得电子琴的功能变的更加强大。
本设计为实物电路板设计开发,报告中详细的阐述了电子琴设计的方法和
过程。并经过软硬件的调试,该音乐发生器不但能通过键盘弹奏出很好的音调
而且还可以通过键盘选择播放不同的音乐。除此之外,本电子琴还带有显示功
能,能显示哪个按键按下,而且相当准确。
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 ,
性价比拟高等,具有一定的实用和参考价值。
目录
1 概述 …………………………………………………………………………
引言 ……………………………………………………………………
设计思路 ………………………………………………………………
方案论证 ………………………………………………………………
- .word.zl.
- .
2 系统总体方案及硬件设计 …………………………………………………
系统组成及总体框图 …………………………………………………
元件介绍 ………………………………………………………………
三极管 …………………………………………………………
数码管 ……………………………………………………
按键选择方案 …………………………………………………………
各功能模块原理图 ……………………………………………………
模块电路原理图 ……………………………………
键盘扫描模块电路原理图 ……………………………………
数码管显示模块电路原理图 …………………………………
音频处理模块电路原理图 ……………………………………
3 软件设计 ……………………………………………………………………
音乐相关知识 …………………………………………………………
如何用单片机实现音乐的节拍 ………………………………………
如何用单片机产生音频脉冲 …………………………………………
系统总体功能流程图 …………………………………………………
4 Proteus 软件仿真 …………………………………………………………
软件介绍 ………………………………………………………
仿真图介绍 …………………………………………………………
5 系统调试……………………………………………………………………
硬件调试………………………………………………………………
软件调试………………………………………………………………
6 课程设计体会 ………………………………………………………………
参考文献 ………………………………………………………………………
附 1:源程序代码 ……………………………………………………………
附 2:系统原理图 ……………………………………………………………
概述
引言
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。 目前
市场上各种品牌、型号的电子琴有上百种,由几十块的玩具电子琴到几百,几
千的学习、演奏用琴真是琳琅满目,电子琴能够模仿各种音色和具有自动伴奏
功能,这些是电子琴最根本的特征。档次的上下无非是音色模仿的是否逼真,
自动伴奏设计的是否丰富,或者增加了其他制作,编曲功能的。
本设计主要对使用单片机设计简易电子琴进展了分析,并介绍了基于单片
机电子琴系统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的 个音符,
最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本设计分别从原理图,主要芯片,各模
块原理及各模块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
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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,即可
构成我们所想要的音乐了,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 来产生这样方波频率信号,因此,我们只要
把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。
设计思路
从系统实现的功能上来看,电子琴的设计主要分为手动弹奏乐曲和自动播放音
乐两大局部组成。手动弹奏乐曲是根据具体的硬件键盘设置了 个音符按键,
个高、中、低音模式切换键和 个功能转换键,自动播放音乐是在单片机的
存储器过软件编程的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现。
从系统硬件构造上来看,主要使用到 系列单片机、 个键输入电路、
数码管显示电路、扬声器以及电源电路等等。将这些硬件电路有机地结合
起来使之满足电子琴设计的根本硬件要求。
从系统软件设计角度来看,将电子琴的设计采用程序模块化设计方法,将程
序分为主程序、键盘扫描程序模块、数码显示模块、转换控制模块、音乐产生
模块等等。此外,采用程序设计思想,将中断定时方式与外部按键查询方式相
结合,实现手动弹奏乐曲到自动播放音乐的切换。
从音乐产生原理方面来看,通过控制单片机的定时器的定时时间产生不同
频率的音频脉冲,经放大后驱动扬声器发出不同音乐的声音。用软件延时来控
制发音时间的长短,控制节拍。把音乐的音符和相应的节拍变换为定时常数和
延时常数,作为数据表格存放在程序存储器中,由程序查表得到定时常数和延
时常数,分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出音频脉冲的持续时间。
因此,我们可以综合上述的不同角度的方案设计原理,主要从软件和硬件两
局部进展有方案有步骤的系统分析与设计,最终确立总体的设计方案。
方案论证
采用 单片机进展控制,由于它不具备 功能,而且其 只
有 ,系统在将来升级方面没有潜力。
采用 单片机进展控制,由于其性价比高,完全满足了本系统设
计的要求,它的部程序存储空间达 使软件设计有足够的部使用空间并且方
便日后系统升级,使用方便,抗干扰性能提高。
系统总体方案及硬件设计
系统组成与总体框图
硬件设计的任务是根据总体设计要求,在选择的机型的根底上,具有确定
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。
该设计要实现一种有单片机控制的电子琴,单片机工作于 ! 时钟频
率,使用其定时计数器 工作模式为 改变计数值 和 可以产生不
同频率的脉冲信号该设计具有 个音节键盘用户可以根据乐谱在键盘上进展
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,本设计可以实
现用户自由弹奏音乐。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器,本设
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- .
计采用三极管就可以实现信号放大功能。
基于单片机系统的电子琴的根本构造如图〔〕所示:
图〔〕
元件介绍
功能特性: 是一种低功耗、高性能 位微控制器,具有 在
系统可编程 "#$%& 存储器使用 '()# 公司高密度非易失存储器技术制造与工
业 产品指令和引脚完全兼容。片上 "#$%& 允许程序存储器在系统可编
程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧的 位 * 和在系统可编程
"#$%&使得 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决
方案。 具有以下便准功能:+ 字节 "#$%&, 字节 , 位
口线,看门狗定时器,个数据指针,三个 位 定时器计数器,一个
向量 级中断构造,全双工串行口, 片晶振及时钟电路。另外,可
降至 ,静态逻 辑操作,支持 种软件可选择节电模式。空闲模式下,*
停顿工作,允许 、定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式
下, 容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停顿,直到下一个中断或
硬件复位为止。位微控制器 字节在系统可编程 "#$%&。
主要性能:与 单片机产品兼容、 字节在系统可编程 "#$%& 存
储器、 次擦写周期、全静态操作: ,~ ,-、 三级加密程序存储器 、
个可编程 口线 、三个 位定时器计数器八个中断源、全双工 *
串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数
据指针、掉电标识符。
三极管
晶体三极管也称三极管是通过一定的工艺将两个 . 结结合在一起的器件
由于 . 结之间的相互影响使三极管变现出不同于单个 . 结的特性而具有电
流放大功能从而使 . 结的应用发生了质的飞跃。
本设计采用了 三极管,它是小功率、.. 型的信号放大器。它的外
型与封装如下列图所示:
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AT8
9S52
弹奏按键
功能切换键
时钟电路
复位电路
扬声器
LED 显示
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