单片机电子琴设计报告

河南理工大学《单片机应用与仿真训练》设计报告

题目: 模拟电子琴发声控制系统

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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；P3.0-P3.2 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，三极管的发射极又接蜂鸣器。

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，本系统能实现四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。

关键字：单片机蜂鸣器数码管

目录

1概述 (3)

1.1 引言 (3)

1.2 设计思路 (3)

1.3 方案论证 (4)

2系统总体方案及硬件设计 (5)

2.1 系统组成与总体框图 (5)

2.2 元件介绍 (5)

2.2.1 AT89S52 (5)

2.3 按键选择方案 (7)

2.4 各功能模块原理图 (7)

3软件设计 (10)

3.1 音乐相关知识 (10)

3.2 如何用单片机实现音乐的节拍 (10)

3.3 如何用单片机产生音频脉冲 (11)

3.4 系统总体功能流程图 (12)

4 Proteus软件仿真 (13)

4.1 ISIS软件介绍 (13)

4.2 仿真图 (13)

5系统调试 (14)

5.1 硬件调试 (14)

5.2 软件调试 (14)

6课程设计体会 (15)

参考文献 (15)

附1 源程序代码.............................................. 错误!未定义书签。附2 系统原理图............................................ 错误!未定义书签。

1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