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基于51单片机设计多功能电子琴.doc
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基于51单片机设计多功能电子琴.doc
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2015-2016 学年第 一 学期
《单片机原理及应用》
课 程 设 计 报 告
课程名称:
单片机原理及应用
项目名称:
基于 51 单片机设计多功能电子琴
所在分院:
信息工程学院
班 级:
组 员:
指导教师:
设计报告成绩评定表:
评分内容
成绩
报告内容的完整性(10%)
硬件原理图及说明(20%)
程序流程图(20%)
程序清单(10%)
调试及结果分析(20%)
系统改进建议或者方案(10%)
格式规范(10%)
总分
目录
摘要........................................................................................................................1
一 概述..................................................................................................................2
1.1 引言.................................................................................................................2
1.2 设计思路.........................................................................................................2
1.3 方案论证.........................................................................................................3
二 系统总体方案及硬件设计..............................................................................3
2.1 系统组成与总体框图.....................................................................................3
2.2 元件介绍.........................................................................................................4
2.2.1 AT89S52 ...................................................................................................4
2.2.2 三极管......................................................................................................5
2.2.3 LED 数码管 ..............................................................................................5
2.4 各功能模块原理图...........................................................................................6
2.4.1 最小系统模块电路原理图......................................................................6
2.4.2 键盘扫描模块电路原理图......................................................................6
2.4.3 数码管显示模块电路原理图..................................................................6
2.4.4 音频处理模块电路原理图......................................................................7
三 软件设计..........................................................................................................7
3.1 音乐相关知识.............................................................................................7
3.2 如何用单片机实现音乐的节拍.................................................................7
3.3 如何用单片机产生音频脉冲.....................................................................8
3.4 系统总体功能流程图.................................................................................9
四 软件仿真........................................................................................................10
4.1 ISIS 软件介绍 ...........................................................................................10
4.2 仿真图.......................................................................................................11
五 系统调试........................................................................................................11
5.1 硬件调试...................................................................................................11
5.2 软件调试...................................................................................................12
六 课程设计体会................................................................................................12
附录......................................................................................................................13
附 1 源程序代码...........................................................................................13
附 2 系统原理图及作品展示.......................................................................28
参考文献..............................................................................................................29
单片机原理及应用实训设计报告
1
摘要
本设计是用 AT89S52 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、LED 显示器等模块组成核
心主控制模块。在主控模块上设有 11 个按键,其中 7 个按键控制 7 个音符,1
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 3 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 P2.0-P2.6 为输入端口,用来控制 7 个音符的选择弹奏;P2.7 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;P2.0-P2.2 为单片机
控制电子琴实现弹奏高、中、低的功能切换键;P0 端口通过上拉电阻接到+5V
上,然后接 LED 共阴数码管;P1.0 为单片机的输出端口,它通过限流电阻 R 与
三极管级基极相接,三极管的集电极接扬声器。
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 7 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,
性价比较高等,具有一定的实用和参考价值。
单片机原理及应用实训设计报告
2
一 概述
1.1 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,
这些是电子琴最基本的特征。档次的高低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行了分析,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 7 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,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。
1.2 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
音乐两大部分组成。手动弹奏乐曲是根据具体的硬件键盘设置了 7 个音符按键,
3 个高、中、低音模式切换键和 1 个功能转换键,自动播放音乐是在单片机的存
储器中通过软件编程的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现。
从系统硬件结构上来看,主要使用到 52 系列单片机、7 个键输入电路、LED
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基本硬件要求。
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
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