基于单片机的电子琴

基于单片机的创意电子琴设计

实验报告

目录

1 前言 (2)

2 总体方案设计 (3)

2.1设计内容 (3)

2.3 方案选择 (3)

3单元模块电路简介与设计 (4)

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 (5)

3.2按键模块电路设计 (6)

3.3 LED数码管显示电路模块设计 (8)

3.4扬声器电路模块设计 (9)

4设计 (9)

4.1设计框图 (9)

4.2主程序 (11)

5 结论 (12)

6 体会 (13)

7参考文献 (14)

附录：相关设计图 (15)

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。

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。

4.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。

5.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

基于单片机系统的电子琴设计基本设计结构如下图所示。

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时钟电路设计

图3.2 单片机时钟电路

XTAL1、XTAL2分别是系统时钟信号fosc 的输入和输出端，晶振电路的设计可以

AT89C52

1 X 8独立键盘

时钟电路

复位电路

扬声器

LED 显示电路

使用两个电容和一个晶振即可，用来产生一个约等于12MHZ的稳定的频率。

3.1.2复位电路设计

图3.3单片机复位电路

复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU和系统中其他功能部件都处在确定的状态，并从这个状态开始工作。本系统采用上电复位电路，为了防止干扰串扰复位端，所以再接一个去耦电容。

3.2按键模块电路设计

图3.4 按键模块电路

在P0口连接有8个按键开关加8个上拉电阻，它们一端接5伏电源，一端接地。只要有一个按键被按下，并被单片机扫描到，则会播放发出音符。

3.3 LED数码管显示电路模块设计

图3.5 LED数码显示电路

本系统用单片机的P0口来控制LED显示器的数字显示。当七个音符按键1~7中有被按下时，LED数码管将对应显示出该音符的数字。从而可以通过手动和眼看来确定所按的是哪个音符，应该发出哪个音符的声音。LED显示器还用来显示对记录所弹音符的持续时间。

3.4扬声器电路模块设计

图3.6 扬声器电路

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振荡膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。本设计蜂鸣器通过驱动电路与单片机的P1.7口连接，单片机就可以通过P1.7的输出信号频率进行控制。另外，通过示波器接到P1.7可方便我们观察音频信号的波形。