基于51单片机的电子琴设计

摘要随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。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。本文的主要内容是用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8个按键和扬声器。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，具有一定的实用和参考价值。关键词：AT89C51单片机；数码管；电子琴目录1系统方案设计............................................................................................................11.1设计指标..........................................................................................................11.2系统方案综述..................................................................................................11.3系统设计思路..................................................................................................12硬件设计....................................................................................................................22.1电路图..............................................................................................................22.2单片机AT89C51简介....................................................................................22.3单片机的工作过程..........................................................................................42.4键盘电路..........................................................................................................52.5显示电路..........................................................................................................52.6声音电路..........................................................................................................73系统软件设计............................................................................................................73.1延时程序设计...................................................................................................93.2定时器初始化及其中断函数...........................................................................93.3示例音乐播放程序.........................................................................................103.4单独按键中断处理函数.................................................................................104实验结果与分析......................................................................................................104.1Proteus软件简介............................................................................................104.2仿真调试.........................................................................................................125设计心得..................................................................................................................136参考文献..................................................................................................................14附录..............................................................................................................................15附录A元件清单、器件识别与检测.................................................................15附录B程序源代码.............................................................................................1611系统方案设计1.1设计指标①设计一个简易的八音符电子琴，它可通过按键输入来控制音响。②演奏时可以选择是手动演奏（由键盘输入）还是自动演奏已存曲目，并且在演奏完已存曲目后可自动复位。1.2系统方案综述从系统实现的功能上来看，电子琴的设计主要利用所给键盘的1,2,3,4,5,6,7,8八个键，能够发出八个不同的音调，并且要求按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键再发出另外一种音调的声音。从系统硬件结构上来看，我们主要使用到AT89C51单片机，复位电路以及开关等。将这些硬件电路有机的结合起来使之满足电子琴的实现硬件需要。从音乐产生的原理方面来看，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，经放大驱动发出不同音乐的声音。用软件延时来控制发音时间的长短。把音乐的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，分别来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲持续时间。因此，我们可以综合上述方案设计原理，从软件和硬件两部分进行有计划有步骤的分析和设计。1.3系统设计思路当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲输入到蜂鸣器后，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，则启动中断系统，前面键的发音停止，转到后按得键的发音程序，发出后按的键的音调。这样，设计一个时钟方式的电路来产生11.0592MHZ的振荡频率产生时钟脉冲，一个按键电平复位电路对AT89C51单片机进行复位，8个开关分别从P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4，P2.5，P2.6，P2.7输出，用于产生八个不同频率的音，一个扬声器电路，从P3.2连接一个开关播放已存曲目，从P3.3与扬声器之间连接2一个上拉电阻和三极管，驱动扬声器响应，以此来设计硬件电路。总体框图如图1-1所示。1-1总体框图2硬件设计2.1电路图硬件电路图如图2-1所示。图2-1电路图2.2单片机AT89C51简介AT89C51是51系列单片机的一个型号，它是STC公司生产的。AT89C51是一键盘矩阵数码管扬声器3个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C51单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C51可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本AT89C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其封装及引脚图如图2-2。图2-2单片机外封装及单片机引脚图AT89C51具体介绍如下：①主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源GND(Pin20)：接地线②外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端③控制引脚（4根）4RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。④可编程输入/输出引脚（32根）AT89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7。P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7。P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7。P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7。2.3单片机的工作过程单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选