200901020434管琴华毕业设计正文
题目：基于单片机的电子琴设计
学院：电气信息学院
专业：自动化班级：0904学号：200901020434 学生姓名：管琴华
导师姓名：周炼
完成日期：2013年6月5日
诚信声明
本人声明：
1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；
2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；
3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日
毕业设计（论文）任务书
题目：基于单片机的电子琴设计
姓名管琴华系电气信息学院专业自动化班级0904 学号34 指导老师周炼职称讲师教研室主任黄峰副教授一、基本任务及要求：
基本任务：设计一个基于单片机的电子琴，完成硬件电路设计，画出原理图，编写相应的程序，并进行仿真试验调试。
基本要求：
1. 以单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。
2. 研究利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶的原理，最终可随意弹奏想要表达的音乐。
3. 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个按键（或者更多）和扬声器。
二、进度安排及完成时间：
①第1—3周：明确课题任务及要求，搜集课题所需资料，了解本课题研究现状、存在问题及研究的实际意义；写好选题报告和文献综述。
②第4—5周：毕业实习
③第6—7周：查阅相关资料，自学相关内容，确定硬件总体设计方案。
④第8—11周：各部分模块设计及部分调试，系统总体联调。
⑤第12—14周：整理资料，撰写毕业设计论文。
⑥第15周：毕业论文审定、打印，答辩准备
⑦第16周：答辩
目录
摘要................................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... II 第1章绪论 (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2课题研究的目的及意义 (2)
第2章方案设计 (3)
2.1方案设计 (3)
2.2芯片选择 (4)
2.3方框图及工作原理 (6)
第3章硬件设计 (8)
3.1芯片I/O功能分配 (8)
3.2电源电路的设计 (8)
3.3时钟电路的设计 (10)
3.4复位电路的设计 (10)
3.5键盘输入电路的设计 (12)
3.6LED数码管显示电路的设计 (13)
3.7声音输出电路的设计 (15)
第4章软件设计 (17)
4.1工作原理 (17)
4.2主程序的设计 (20)
4.3初始化子程序的设计 (22)
4.4键盘扫描子程序的设计 (23)
4.5中断程序的设计 (27)
4.6辅助程序部分设计 (27)
第5章软件调试 (29)
5.1调试记录 (29)
5.2调试分析 (30)
结束语 (32)
参考文献 (33)
致谢 (34)
附录 (35)
基于单片机的电子琴设计
摘要：自单片机技术出现至今，单片机技术已经走过了近50年的发展历程，它以微处理器技术及超大规模集成电路的发展为先导，广泛应用于智能仪器、实时控制系统、通讯领域乃至日常生活中。音乐在我们的日常生活中扮演着重要的角色，而电子琴的发展也随着音乐的发展在不断前进，研究基于单片机技术在电子琴上的应用具有实质性的意义。电子琴以STC90C52RC为核心，利用其内部定时器的功能获取不同音符的频率值，由单片机时钟电路模块、复位电路模块、显示电路模块、按键电路模块以及喇叭输出电路模块设计一个能够弹奏乐谱的简易电子琴，由于其硬件电路简单、软件功能齐全、成本低，在研究最新领域的技术上以及电子乐器弹奏中有一定参考价值和使用价值。
关键字：电子琴；STC90C52RC；定时器
Keyboard Design Based On Single Chip Microcomputer
ABSTRACT：Since the single-chip technology has came out in the word, which has gone through a development course of 50 years. It took the development of microprocessor technology and super-large-scale integrated circuits as a guide, which used widely in our life, for example, intelligent instruments, real-time control Systems, and the telecommunication. Music plays a vital role in our daily life, meanwhile, the electronic organ also keeps on moving with the development of music. Therefore, the study of the single-chip technology on the basis of electronic organ has the substantial significance. The core of electronic organ is STC90C52RC, using the inside timer to obtain the different frequency value of the note, A simple electronic organ which can play the music was designed by the clock circuit, reset circuit, display circuit, key circuit and speaker output circuit. Owing to the easy hardware circuit, complete software functions and low cost. There is a reference value and value in the newly field technology and by playing the electronic musical instrument.
Keyword：the electronic organ; STC90C52RC; timer
第1章绪论
1.1 课题研究背景
电子琴又称作电子键盘，它属于电子乐器，发音的音量可以自由调节，音域比较宽，和声丰富，可以演奏出管弦乐队的效果，表现力及其丰富，是电声乐队的中坚力量，经常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声，还常作为独奏乐器出现，具有鲜明的时代特色。另外，电子琴还安装的有混响、回声、延长音、震音和颤音等多项功能装置，表达各种情绪时能运用自如。由于老式的电子琴体积庞大、按键功能不齐全，在单片机的快速发展之下，计算机系统中内核并嵌入到电子系统中，实现了电子系统智能化控制，小到微型机械，价格低，足以使得单片机普及到了许多民用家电中和电子玩具中，如电视、音响、电话、洗衣机、玩具电子琴、电子娃娃等等，在成本上和外观上得到了很大的改善，引入的由单片机控制的微型电子琴，基本上解决老式电子琴的笨重庞大和操作不便的劣势。
关于单片机电子琴的研究要从以下几个方面说起。
1）电子琴比其它乐器具有研究的价值，因为电子琴可以用钢琴的音色来完成钢琴曲，电子琴能作的，但是钢琴却做不到，而且其他乐器也无法做到，第一，它有自动伴奏系统，第二，它能模仿中西各种乐器的音色，第三，它有MIDI接口，可以成为电脑音乐的音源和音响，以上三种没有任何乐器能以替代的功能使电子琴作为了一件完全独立的乐器，让它在20世纪70代初踏上了历史的舞台。
2）早期的电子琴发音效果与功能不能满足人们的需求。初期的产品被称为簧片琴，它的键盘是以簧片开关的方式来解决；音色是用模拟滤波器来产生；自动伴奏则依靠简单的脉冲信号来触发一个简单的鼓的发生器来实现，由于人们对音乐的品质要求越来越高，而原始的簧片琴所发出来的音色、音调、响度已经满足不了人们的口味，为提高这几个方面的质量，研究在意义上的由单片电脑主控（单片机控制）的电子琴具有一定的必要性，单单靠簧片琴是无法存活的，而且市场的优胜劣汰的原则注定了只有其中的佼佼者才能够生存下来。
3）电子技术的发展推动着其产品的不断改进与更新，基于单片机的电子琴也是顺着时代潮流不断发展前进。近年来，电子琴发展迅速，在制造工艺上有了突飞猛进的发展，这在乐器发展史上是其它任何乐器所不能比拟的。电子技术的发展之快使得电子琴的各项功能也日趋完善，音色和节奏有最初的几种发展到现在的几百种，除寄存音色外，
还可通过插槽外接音色卡，合成器的某些功能，如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到小型化的电子琴上。
4）电子琴受国情的影响力度比较大。我国已成为全世界电子琴的拥有量最大、普及率最高的国家，这是中国音乐教育的一个非常引人瞩目的现象，透过这种现象，我们可以看到电子琴未来的发展。电子琴的迅速发展与我国的经济发展是相融的，在我国的发展具有相当的潜力，我国音乐教育界对于电子琴的认同和对未来新的教育模式、演奏形式发展的渴望和向往，让电子琴在中国迅速成长壮大创造了良好的环境，研究基于单片机电子琴具有一定的市场价值。
电子琴的内部元件包含节奏、键盘、声音产生器、扩音器、弦产生器、放大器、人机接口软件，有些还会有MIDI、内存等，效应到单片机控制的电子琴上，主要包含单片机最小系统和外围扩展部分，其中最小系统包含时钟部分和复位部分，外围扩展包含按键输入部分、喇叭输出部分和数码显示音阶部分。在单片机下控制的电子琴基本上能够完成自由弹奏功能。
1.2 课题研究的目的及意义
基于单片机技术的电子琴的研究目的以及意义在于以下三点。
1）二十世纪九十年代，电子音乐全面地进入中国，为音乐教育事业的普及起到积极的推动作用，并促进了教育事业的发展；为音乐家们提出了新课题，为音乐的发展提供了广阔的思路和空间；使得音乐爱好者们的精神生活更加丰富和舒适；为制造商们提供了更大的市场力量，单片机技术的电子琴使得音乐制造者们提高了工作效率、乐器制造厂商们降低了劳动成本。
2）它有计算机系统内核，把它嵌入到电子系统中，实现了电子系统智能化控制，它的小，小到到微型机械，由于其低价位，低至几元十几元，足以使得单片机普及到了许多民用家电中和电子玩具中，如电视、音响、洗衣机电话、电子娃娃、玩具电子琴等等，在成本和外观上得到了很大的改善。
3）电子世界在单片机的带动下，为广大电子爱好者提供了广阔的发展天地，不仅仅仅使得僵死的电子系统更新为有生命的电子系统，而且培养出了大量的电子工程师精英，为电子技术的发展提供了宝贵的力量。
综合可见，单片机电子琴的研制向我们提供的电子技术和音乐信息非常广泛，不断更新和设计出更好的电子琴非常有必要。
第2章方案设计
2.1 方案设计
根据电子琴的功能，确定实现电子琴弹奏和音乐播放的功能，对其进行分析，实现电子琴功能的方案有多种。
方案一：用可控硅来制作电子琴。将220V交流电经过变压器的降压，再经过D1-D4整流，C1的滤波，获得+13.5V的直流电压，将单向可控硅SCR和电阻R1、R2、RP1-RP14、组成电容构成弛张振荡器电路，R2为SCR，控制级提供触发电流，直流电源经R1、C2及C2下端的14组可调电阻整列中的一支到地，向C2充电。当C2端电压上升到可控硅SCR的正向转折电压时，SCR突然导通，C2通过SCR的导通电阻迅速放电，C2放完电，SCR恢复截至状态，电源再次向C2充电……电路形成振荡。振荡频率由RP1-RP14调节。将电建K依次接触各RP的一端，调节RP，使扬声器依次发出5…6…7…4…的乐音。电键K可以是一根小铁棒，一端接地，一端接触音阶电阻RP1~RP14进行演奏。电路如图2.1所示，电路的直流电压范围宽，但不能小于12V，R2的阻值不能太小，它决定了可控硅的正向转折电压值。
图2.1 可控硅电子琴电路图
方案二：采用单个的逻辑器件组合。音乐是由不同的音阶组成的，而不同的音阶又由不同的频率发出的，那么利用不同的频率，就可以发出不同的声音了。我们知道计数
器可以产生任意频率的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率与计数器的频率对应起来就可通过计数器产生音乐了。根据本实验要求，采用8279将键扫得到的键值，通过查表得到相应计数器的频率值，从计数器得到相对应的按键弹奏信号，经过LM386进行放大，再用喇叭输出，实现简易电子琴的基本功能，就完成了基本的要求。
方案三：采用单片机作为主控芯片，以时钟、复位、键盘、显示、蜂鸣器输出等外围电路作为辅助，另外还用到一些简单器件如：一位数码管、NPN型三极管、电容以及电阻等等，利用单片机的芯片的特殊功能产生频率，结合软件进行控制来进行设计，只要掌握了发音的原理和方法，就很容易实现。
三种方案的比较：
方案一这种方案电路制作容易，但是它的稳定性差、弹奏麻烦、音色效果不理想。
方案二采用单个的逻辑器件组合实现。这样虽然比较直观，逻辑器件的分工鲜明，思路也比清晰，一目了然，但是由于元器件种类、个数繁多，而过于复杂的硬件电路也容易引起系统的精度不高、体积过大等不利因素。例如七个不同的音符是由七个不同的频率来控制发出的，所用仪器之多显而易见。
方案三与前两种方案相比，主控芯片采用单片机，它是大规模集成电路技术发展的产物，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。同时具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。而第三种方案具有经济可行性、技术可行性、实物应用性。
一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每一个音阶对应着不同的频率，利用不同组合的频率来构成我们想要的音乐，用单片机的定时计数来产生不同频率非常的方便。综上所述，刚好单片机具备这样的功能，能够通过定时计数产生不同的数字音频信号。
综上所述，本次设计采用第三种方案。
2.2 芯片选择
确定好方案之后，了解有关单片机的资料后，查阅到单片机国内目前常用的型号有Intel系列、Philips系列、ATMEL51、STC系列、PIC系列以及A VR系列等等。
STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带ADC,4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强。
PIC单片机是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指
令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片.。
EMC单片机是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与PIC 8位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差.。
ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列，AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容，静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机，也叫A VR单片机。
PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.。
此设计选择的是STC系列，这里对STC系列单片机做初步了解。STC系列单片机是以8051为内核设计的新一代增强型芯片，以单周期多功能为特色，在内部资源上，STC系列芯片不同型号有着不同的特点，一般在程序存储器和数据存储器上，比普通51系列芯片空间更大，其Flash程序存储器最大可达到64KB，数据存储器SRAM最大有1280B。在功能模块上，STC芯片相对于普通芯片也有很多的补充选择，除了拥有看门狗模块WDT为系统提供额外的安全保证外，有的型号还拥有两个UART串口，有的拥有数个PWM产生模块，还有SPI接口模块、A-D转换模块等。3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用，外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。丰富的功能模块极大地增强了STC芯片的应用适应性，方便产品的设计，选择STC系列单片机的理由如下：
1、广受欢迎的宏晶STC89系列升级版本；
2、无法解密，解决了全球89系列均已被解密的问题；
3、超大容量SRAM最高达4.2K字节，SRAM高速10位A/D，可达25万次/秒；
4、超强抗干扰，超强抗静电ESD保护，整机轻松过2万伏轻松过4400V快速脉冲干扰EFT测试，宽电压，不怕电源抖动，宽温度范围，-40℃~85℃；
5、降低单片机时钟对外部电磁辐射，禁止ALE输出，如选6时钟/机器周期，外部时钟频率可降低一半，单片机时钟振荡增益可设为1/2gain；
6、超低功耗，掉电模式工作电流0.1uA，正常工作模式4mA~7mA，掉电模式可由外部中断唤醒
7、抗干扰能力比89系列更强，复位效果更好；
8、直接取代89系列，软硬件无需改动；
9、超低价，高速，高可靠。
在STC系列里分很多种型号的芯片，设计中用到STC90C52RC/RD系列，它是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗/的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。
选择STC90C52RC单片机芯片，芯片引脚如下图2-2所示，引脚功能分为三大类。
图2-2 STC90C52RC芯片
1、电源与时钟引脚：Vcc、GND、XTAL1、XTAL2。
2、编程控制引脚：RST、PSEN、ALE/PROG、EA/Vpp。
3、I/O接口引脚：P0、P1、P2和P3，4组8位I/O接口。复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向/弱上拉，P0口开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。作为I/O口用时，需要加上拉电阻。
工作电压：5.5V-3.8V(5V单片机)；
工作频率：0~40MHz，相当于普通的8051的0~80MHz；
工作温度范围：0~75℃/-40~85℃；
封装：LQFP-44。
2.3 方框图及工作原理
此设计的总体方框图设计如图2-2所示。
图2-2 单片机电子琴方框图
其工作原理是：电源电路为整个电子琴系统提供+5V 电压，工作于12MHz 时钟频率，通过键盘输入信号，送入I/O 口，选择功能模式。
如果是弹奏信号，则根据单片机内部程序设定的音谱信号，使用定时/计数器T0，工作于模式1，改变计数初值产生不同频率的脉冲信号，不同频率的脉冲经喇叭驱动放大电路后，就会发出不同音调，节拍由用户来控制掌握，不由程序控制，同时在输出每一个音阶的时候显示电路会依次显示方便识别；
如果是音乐播放模式，根据程序功能通过继电器驱动喇叭输出音乐信号，此时不需要显示。
单 片 机
电源电路
时钟电路 复位电路 显示电路
输入电路 输出电路
第3章硬件设计
硬件设计的任务是根据方框图设计芯片I/O分配、电源电路、时钟电路、复位电路、显示电路、按键输入电路、继电器驱动输出电路及它们的元器件分布，总的原理图详情见附件图纸A。
下面对其各个模块电路的具体情况进行详细的设计。
3.1 芯片I/O功能分配
芯片引脚和对应的输出功能见表3-1所示。
表3-1 引脚功能对照
引脚功能
Vcc 、Vss 提供+5V电源、接地
RST 系统复位
P0.0~P0.6 显示数码输出
P1.0~P1.7 键盘输入(4*4)
P2.6/P2.7 模式选择/退出
P3.7 喇叭声音输出
3.2 电源电路的设计
任何一个电子应用系统都需要供电电路，也就是电源，单片机也不例外。一个优质的电源是单片机系统正常工作和稳定的根本条件。单片机的供电电源，它可以是开关电源、线性电源、电源转换芯片和USB电源等，无论哪一种电源设计都要严格考虑它的各项指标。
在软件仿真的时候，使用的是Protues内部的高低电平信号，由其自身提供电源信号，不必外接电源。
但是在实际的应用电路中，单片机系统的正常工作电压为3.8V ~5.5V，正常工作电流4mA~7mA，因此在设计电源部分的时候要考虑到电源电路输出电压和电流的值，一般采用最常见的是直流稳压电路，它是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，设计简单实用，具体设计如下。
电源变压器：采用降压变压器，将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，副边电压由7805的正常工作电压确定，其极限输入电压最大值36V，最小值3.4V，由变压器原边和副边的电压之比，来计算出变压器的匝数只比为1：0.04，副边输出电压值为31V，在其正常范围之内，满足要求。
整流桥：桥式整流是交流电转换成直流电的一个重要步骤。由于7805的输入电压是直流型，电压器降压后的电源是交流型的，需要利用整流桥将电网交流电变成直流的功能来实现。用四个二极管，两两对接，输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分，由于经过整流桥以后的是脉动直流，在接一个电解电容，便输出直流。
稳压芯片：固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚V o，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，最小值4.8V，最大值5.0V，符合设计所需要的电压值。它属于78xx系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，虽然不可调，但是芯片的电路稳定性比较好。
滤波：虽然以上能够实现交流变直流的作用，但是输出的电流都是脉动直流，仍然含有很大的交流成分，存在一定的杂波或者尖峰毛刺，也就是所谓的纹波，为了得到平滑的直流电，必须滤除整流电压中的纹波。采用简单的电容滤波对整流桥输出值进行一次调整，这个电容和后面的C4功能一样，都是滤波作用。
电源原理图如图3-1所示。
图3-1 电源电路
3.3 时钟电路的设计
STC90C52RC芯片各功能部件的运行是以时钟控制信号为基准的，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路设计有内部时钟方式和外部时钟方式这里采用内部时钟方式，如图3-2所示。
单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，图中Y1、C5、C6。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。
图3-2 内部时钟电路原理图
晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，这里采用11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。起振电容C5、C6一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。
3.4 复位电路的设计
单片机的复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑，内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位，所以可以通过按键的断开和闭合，在运行的系统中控制其复位有一定的必要性。
常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期
间，用按钮开关操作使单片机复位。这里采用的是手动复位方式。
元器件的采用：上电自动复位通过电容C7充电来实现，手动按键复位是通过按键将电阻R1与VCC接通来实现。复位电路的极性电容C7的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，电容值越大，需要的复位时间越短。
在电路图3-3中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
图3-3 复位电路原理图
复位电路的原理：单片机RST引脚接收到2uS以上的电平信号，按键按下，系统复位，使得电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。也就是说在电脑启动的0.1S 内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。
所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。只需要给RST引脚连续输入2个机器周期以上高电平，就可以完成单片机的初始化操作。
复位后，程序计数器PC为0000H，将从程序存储器的0000H单元开始读取程序的第一条指令码。对于31脚(EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的
0000H开始执行；当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。
3.5 键盘输入电路的设计
键盘是由若干个按键排列成开关矩阵组成的，是单片机最简单的信息输入装置。是以开关的状态来设置控制功能和输入数据的，操作人员可以通过键盘向单片机系统输入数据或者命令，实现简单的人机通信，闭合键的识别是通过软件来实现的，这样的方法硬件较少，价格便宜，所以这里采用的是非编码键盘。
键盘连接方式分为独立式键盘和矩阵式键盘两种。独立式连接是让每一个案件单独占用一根I/O线，每一个I/O线上按键的工作状态不会影响其他I/O线或者按键的工作状态，这样的连接方式结构简单，软件识别方便，但是占用较多的I/O线，系统分配在需要按键数目较少的时候。矩阵式连接又叫做行列式连接，用I/O线组成行列结构，行列线不想通，通过设置在行列交叉点上的按键来连通，如果要设置N*M个按键，则需要N+M根I/O线，这样的连接方式具有占用I/O线资源少的优点，在系统按键数目较多的场合比较适用。
根据课题研究的要求，分析按键连接方式的优点由此设计的键盘电路连接方式是：电子琴16按键采用矩阵式按键连接方式，另外的模式选择和退出两个功能按键采用独立式按键连接方式。
按键输入电路由独立式按键部分和矩阵按键部分，矩阵式按键，实现电子琴的弹奏功能，无需考虑其他外部电路的连接，单片机有P0、P1、P2、P3四个并行接口，每一个接口有8根接口线，由于是4*4键盘电路所以总共需要8根接口线，只需要占用单片机的一个端口，这里使用的是P2口，具体连接是：行线采用低四位（P2.0~P2.3），列线采用高四位（P2.4~P2.7）即可，独立式按键连接这里接的是P1.6和P1.7，来实现模式的选择与退出。矩阵式按键和独立式按键输入电路的原理图如下图3-4和3-5所示。
图3-4 独立式键盘输入电路原理图
图3-5 矩阵键盘输入电路原理图
3.6 LED数码管显示电路的设计
常用的显示器有数码显示器、LCD显示器、CRT显示器等，根据需要选择数码显示。
LED数码管是由若干个LED发光二极管组成的显示字段的显示元件，当数码管的某个LED发光二极管导通时，相应的一个字段便发光，不导通的则不发光。LED数码管可以根据控制不同组合的LED发光二极管导通，来显示各种数据和字符。这里使用的是8段LED数码管。
图3-6 LED数码管引脚配置和内部结构图
在使用段显示结构的数码管的时候，因为有共阴极和共阳极的接法。两种接法的7
个LED发光二极管构成字形“8”可以用来显示数字，另一个则构成小数点，为了显示数字或者字符，必须对数字和字符进行编码。7段LED数码管加上1个小数点共计8段，因此LED数码管的编码正好是1个字节，在选择器件的时候因是共阳极的数码管，所以在这里选择的是共阳极接法，其引脚配置和内部结构如图3-6所示。
数码显示有静态显示方式与动态显示方式两种。
工作在静态显示方式时，数码管的位线与电源一直相连，数码管中的二极管均处于通电状态，即在静态工作方式下，显示电路中数码管的位选线是同时选通，而数码管的段选线是独立输入。静态显示的缺点是硬件电路复杂，成本较高，一个数码管需要8根I/O接口线，如果LED数码管个数少，则用起来方便；如果LED数码管数目较多，则要占用很多的I/O接口线。
工作在动态显示方式时，数码管的位线在扫描控制电路的控制下按设定顺序导通，即电路中的数码管是逐个接通电源，数码管的段选线以并联方式与译码电路联接，即在动态工作方式下，数码管不是同时导通显示而是按照设定顺序分时导通显示虽然这些数码管的显示是在不同的时刻分别显示的，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔适当就可以给人以同时显示的感觉，这样的方式，线路简单。
由于这里只是用到了一个数码的显示，根据以上的分析采用静态显示方式，在单片机的内部，由于P0口是漏极开路的准双向I/O口，不具有上拉电阻，所以线设计电路的时候要考虑到驱动的问题。
LED数码显示电路由数码管、上拉电阻组成，来实现数字和字符显示的功能。a、b、c、d、e、f、g、dp为段码分别接入单片机的P0 I/O口，然后线上接入10K的上拉电阻来驱动，其电路的设计如图3-7所示。
图3-7 显示电路原理图