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单片机电子琴设计说明书.doc
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单片机电子琴设计
毕业设计说明书
摘 要
现在要求人才发展的全面性以与精神文化的需求,音乐学习已经成
为很多人生活中必不可少的一部分。 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,它已经融入现代
人们的生活中,成为不可替代的一部分。本文的主要容是用 AT89C51
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 16 个
键盘和扬声器。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。
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Abstract
In modern times,it demands the talent of comprehensive. Electronic
organ is a modern electronic music technology and the product is a new
type of keyboard instruments.It played an important role in morden
music.SCM has powerful control functions and flexible programming
characteristics.It has converged with modern people’s lives,become an
irreplaceable part.The main content is AT89C51 control of the core
components,design of a electronic organ.SCM as a host to the core,with
the keyboard,speaker. The system is steady,its simple hardware
circuits,software functions,reliability of control system and high cost
performance is its advantages.It also has certain practical and reference
value.
关键字 电子琴 单片机 性价比 扬声器 音乐
electronic organ .SCM high cost performance music
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第一章 绪 论
单片机园地里,单片机品种异彩纷呈,争奇斗艳。有 8 位、16 位甚
至 32 位机,但 8 位单片机仍以它的价格低廉、品种齐全、应用软件丰
富、支持环境充分、开发方便等特点而占着主导地位。单片机是把微
处理器、存储器、输入、输出接口电路以与定时器计数器等集成在一
起的集成电路芯片,它具有体积小,价格低,可靠性高和易于嵌入式
应用等特点,极实用于智能仪器仪表和工业测控系统的前端装置。从
生活和生产的各个领域中,凡是有自动控制要求的地方都会有单片机
的身影出现。现在,尽管单片机的应用已经很普遍了,但仍有许多可
以用单片机控制而尚未实现的项目。因此,单片机的应用大有可以想
象和拓展的空间。
单片机的应用有利于产品的小型化,多功能,和智能化,有利于提
高劳动效率,减轻劳动强度,提高产品质量,改善劳动环境,减少能
耗和材料消耗,保证安全等。但是,单片机应用的意义绝不仅限于踏
的广阔围以与所带来的经济效益上,更重要的意义还在于:单片机的
应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。随单片
机应用的推广普与,微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。
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,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 T0 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。
通过本设计能使我能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面
的知识有进一步的认识,可以独立对其进行测试与检查。能使我更加
熟悉 AT89C51 单片机的部结构和功能,合理使用其部寄存器,能够完
成相关软件编程设计工作。能够实现预期功能,能够对系统进行快速
的调试,并能够对出现的功能故障进行分析,与时修改相关软硬件。
对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面
得到较全面的锻炼和提高。
第二章 设计容
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2.1 电子琴发音原理
乐器的结构较为复杂,音源是由晶体管产生的电振动,并通过音色
回路而产生各种音色;同时由周波数调制产生颤音效果,由振幅调制
产生各种乐器的音效。电子琴的外形很像普通键盘乐器,只是某些种
类多一排脚踏键盘,而且手触键盘也往往分为两层。键盘式电子琴声
音丰富、优美,有变音装置,能发出多种不同的音色,可以作为独特
的乐器进行演奏,还能代替传统的风琴、钢琴供音乐课教学。 传统
乐器的声音是通过机械的方法产生的,电子琴的声音是用“电”产生的。
附图 21 是一般电子琴结构原理的方框图。 电子琴原理框图振荡器
是根据需要产生一定频率的振荡信号,振荡信号通过分频器分解成不
同频率的信号输送到放大器,放大器将信号放大,推动扬声器发出声
音。键盘实际是一些开关,如果没有键盘,许多种频率的信号一齐进
到放大器里,通过扬声器发出的声音就会乱七八糟,不成音乐。按下
键盘的一支键,就等于接通一只开关,只允许某一种频率的信号通过
到放大器里去,扬声器就发出一个音来。这样,按照一定的演奏规律
来按键,就能奏出美妙的音乐来。电源的任务是给各部分供电。 下
面进一步介绍振荡器和分频器的工作原理。振荡器一般用 LC 电感三点
振荡电路。如果忽略晶体管、电阻等因素的影响,则它的振荡频率 f 可
由下式决定: 振荡频率 f 公式只要适当选择电感 L 和电容 C 的数值,
就可以得到所需要的信号频率。分频器是一个双稳态电路,即晶体管
BG1 导通、BG2 截止和 BG1 截止、BG2 导通两种稳定状态。如果在它
的输入端输入一个信号脉冲,它就翻转一次,即由一种稳态迅速变成
另一种稳态,再输入一个信号脉冲,它又会翻转一次,还原成起始的
稳态。这样,在它的输入端输入两个信号脉冲时,在它的输出端就得
到一个信号脉冲。就是说,输出信号频率比输入信号频率低一半,好
像用 2 除过一样,所以叫二分频。 电子琴使用二分频电路是音阶规
律的需要。音乐中的基本音阶的频率是按照一定规律排列的,以 C 调
为例,音阶中各音之间的频率(单位为赫兹)关系是: 音阶中各音
之间的频率关系说明一个音的频率刚好是比它低八度音的频率的两倍。
所以,只要把一个音的频率除以 2 就得到比它低八度的一个音的频率。
实现这一点就需要使用二分频电路。这样,只要振荡器产生一个标准
音的频率信号,如高音“1”的信号,通过二分频就产生中音“2”的频率,
再一次二分频就产生低音“1”的频率了。如果按照键盘上最高音组的频
率制作七个振荡器,并将得到的七个音阶信号分别二分频,便可得到
低八度的一组音阶信号;再次二分频,就可得到再低八度的一组音阶
信号。依此类推,最后,就能得到键盘上所有的音阶信号了。 不过,
实际上需要制作 12 个振荡器和更多的分频器,因为一组键盘中还有五
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支黑键。
2.2 系统设计要求
本系统分为两个人部分,一个是音乐播放,另一个就是电子琴
演奏。
关于声音的处理,实用单片机汇编语言,利用定时器来控制频
率,而每个音符的符号只是存在我自己的定义的表中。具体要求如下:
1:要求达到电子琴的基本功能,可是弹奏出简单的乐曲。
2:用键盘做出电子琴的按键,每键代表一个音符。
3:各音符按一定顺序排列,必须符合电子琴的按键排列顺序。
4:弹奏电子琴时能播放出准确的声音,不弹奏时可以播放置音乐。
2.3 电子琴系统的组成
本系统分为两个人部分,一个是音乐播放,另一个就是电子琴。
音乐部分:音乐实际上是有固定周期的信号,本文介绍用 AT89C51
的定时器控制, 在 P3.7 脚 上 输 出 方 波 周 期 信号,产生音乐 。 当
DIPSW2,3 引脚都 OFF 时嵌入“不倒翁.hex”再按上方的 7 个人键盘,自
上而下就发出 DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI 7 个高音节,当
DIPSW2,3 引脚都 ON 时,按下上方第 2 个按键,就会播放音乐,每按
下第二个键,就会重复演唱。三只小猫歌曲的播放类似于不倒翁歌曲
的播放。当 DIPSW2,3 引脚再次 OFF 时,再按上方的 7 个人键盘,自
上而下就会发出 SI 、LA、 SO、 FA、 MI 、RE 、DO 7 个高音节。
按 下 1—16 键 , 分 别 产 生 MI,FA,SO,LA,SI 低 音 , 数 码 管 显 示
3,4,5,6,7;中音 DO,MI,FA,SO,LA,SI,数码管显示 1,2,3,4,5,6,7:;高音
DO,RE,MI,FA,数码管显示 A,B,C,D。
由于一首音乐是由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,即可构成我们
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 T0 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。
电子琴弹奏部分:实际上就是把每一个按键对应的值经过处理
后发给单片机,再在单片机把数字当做指针指向所对应的音符。
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