智能化电子系统设计报告-基于单片机的电子琴.doc

目 录 1 前言 1 2 总体方案设计 2 2.1设计内容 2 2.3 方案选择 3 3单元模块电路简介与设计 3 3.1 单片机主芯片电路设计 4 3.1.1时钟电路设计 4 3.1.2复位电路设计 4 3.2按键模块电路设计 5 3.3 LED数码管显示电路模块设计 6 3.4扬声器电路模块设计 7 4.软件设计 8 4.1 Protues、Keil 简介 8 4.2设计原理和功能 8 4.2.1设计原理 8 4.2.2软件功能 13 4.3设计框图 14 4.4主程序 16 5系统调试 17 5.1硬件调试 17 5.2软件调试 17 5.2.1各功能模块的独立调试 18 5.2.2各功能模块的联调 19 6 指标参数 20 7 结论 21 8 总结与体会 22 9致谢 23 10参考文献 24 附录一：相关设计图 25 附录二：相关设计软件 28 1 前言单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，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。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发的控生变革。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。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大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个按键和扬声器，其中7个键用于音符输入，1个键作为功能键。 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来产生这样的方波频率信号，因此，只需把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。 本文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音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。本系统是简易电子琴的设计，按下键盘矩阵中的按键会使扬声器播放对应的音符，同时数码管显示当前按键及播放时间。在此基础上，我们作进一步的扩展，使其具有回放及自动播放所存曲目的功能。通过设计本系统可了解单片机的基本功能，对单片机的应用有一个更深的认识。 2 总体方案设计 2.1设计内容 本系统分为两个部分，一个是音乐播放，另一个就是电子琴弹奏。 关于声音的处理，使用单片机C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，可以用弹奏出简单的乐曲。 2.用键盘作出电子琴的按键，每键代表一个音符。 3.各音符按一定的顺序排列，必须符合电子琴的按键排列顺序。 .弹奏电子琴时能播放出准确的声音，不弹奏时可以播放内置音乐。 .记录所弹音符和持续时间，能够回放。2.2方案比较方案一：采用CPLD外接扬声器、键盘、数码管等。 8个译码输出显示的数码管，以显示目标芯片的32 位输出信号，且8个发光管也能显示目标器件的8位输出信号。时钟为50MHz ，输出接扬声器。 具体过程：主系统可由两个模块组成：当系统检测到有按键按下时，对应音符的频率由模块1获得，这是一个数控分频器。由其clk端输入一具有较高频率的信号，分频后输出。 音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数决定，模块2的功能是为模块1提供决定所发音的分频预置值，而此数在模块1输入口停留的时间即为此音符的节拍值。 方案二：采用单片机外接扬声器、键盘、数码管等。 具体过程：当系统扫描到键盘上有键子被按下，则快速检测出是那一个键子，然后单片机的定时器被启动，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键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音。2.3 方案选择 对比两套方案各有优缺点，方案一采用CPLD，工作速度快，系统稳定，效果好，但是其价格昂贵；而方案二在设计这样小型电子系统方面，无论是效果还是工作速度与方案一都相差不大，而且价格较为便宜。因此，选择方案二即单片机加外设的方式设计该系统较好。3单元模块电路简介与设计 图3.1 电子琴设计系统原理图 该系统的硬件电路主要由AT89C52单片机、键盘电路、扬声器电路、LED数码显示电路等模块组成，具体原理图如下： 3.1 单片机主芯片电路设计 3.1.1时钟电路