基于51单片机的16键电子琴设计研究.docx

单片机原理及系统课程设计评语：考勤10分守纪10分过程30分设计报告30分答辩20分总成绩(100)专业：自动化班级：姓名: 学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2015 年 12 月 30 日基于单片机的16键电子琴一、电子琴设计的目的、要求与设计方法1.1设计目的现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。1.2设计要求本设计主要是用AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个微缩版的电子琴。单片机与按键构成主控制模块，在主控制模块上设置有9个按键，分别达成不同目标。本系统主要为了完成电子琴的三大功能：电子琴弹奏和音乐播放及录音。1.3电子琴设计方法1.3.1设计工具表1软件简介软件名称设计作用Keil uVision4编写程序与编译PROTEUS绘制硬件电路图、数字仿真Microsoft Visio绘制程序流图与框图1.3.2设计思路(1)功能按键触发外部中断，以完成不同曲目的的切换。 (2)设置定时器产生不同频率的方波，I/O口输出，经功放后扬声器发声。 (3)采用4×4矩阵键盘弹奏16个音（低XI到高DO）。电子琴的设计方案及原理2.1设计总体方案本系统采用AT89C52为主控芯片。输入电路有16个琴键按键，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。1个音乐按键用于播放音乐和切换歌曲，通过按键触发中断，重置定时器初值，于另一个扬声器中发出有效音响。总设计框图如下图1所示。图1基于单片机的电子琴电路原理框图2.2发声原理利用AT89C52的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。?计数脉冲值与频率的关系式是：??N＝fi÷2÷fr。式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。?电子琴的硬件设计基于单片机AT89C51的电子琴电路由琴键控制电路、数码管显示电路、音频播放电路、时钟-复位电路、音乐切换电路和电源电路六部分所构成。3.1琴键控制电路琴键控制电路作为人机联系的输入部分，也是间接控制数码显示和音频功放的重要组成部分。键盘按照连接方式可以分为独立式和矩阵式键盘两类。3.1.1矩阵式键盘如图2所示为4X4矩阵式键盘电路，由一个4X4的行、列结构可以构成一个16个按键键盘。?矩阵中无按键按下时，行线为高电平；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这是识别按键是否按下的关键所在。图2矩阵式键盘3.1.2独立式键盘?独立式键盘的特点是一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可判断出被按下的按键。?3.1.3?方案比较?表2键盘类型比较键盘类型优点缺点独立式电路简单，编程简单占用I/O口线多矩阵式占用I/O口线较少编程比较复杂由于此次设计的琴键控制电路需要16个按键，故单纯从I/O口线的占用的角度比较，独立式需要占用16条I/O口线，而矩阵式却只需8条。故选择矩阵式键盘电路比较合理。3.2数码管显示电路LED（Light?Emitting?Diode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构成的。常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。一般来说分共阳极和共阴极两种接法。3.2.1LED数码管静态显示?静态显示方式即无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。3.2.2LED数码管动态显示??静态显示方式就是无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。?3.3.3方案比较?对于以上两种数码管驱动电路的的优缺点比较如表3所示。由于静态驱动方式的显示无闪烁，亮度较高，编程简单，加上本次设计的数码管显示电路只需要2个数码管，且分别接两部分管脚，故选择静态驱动方式来显示数码管更为合理。如图3所示为数码管显示电路，采用静态驱动方式和共阳极接法。表3数码管显示方式比较驱动方式优点缺点静态显示显示无闪烁，亮度较高，编程简单数码