簡易電子琴的設(shè)計(jì)

1、學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告簡易電子琴院 系 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 自動化 學(xué) 生 班 級 2010級3班 姓 名 學(xué) 號 10 指導(dǎo)教師單位 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 2013年10月簡易電子琴自動化專業(yè)2010級 指導(dǎo)教師 摘要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣，電子技術(shù)與音樂的結(jié)合不斷加深。而電子琴就是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色。單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本系統(tǒng)是以51系列

2、單片機(jī)at89c51為主控制器，附有矩陣鍵盤、led顯示管、揚(yáng)聲器組成。系統(tǒng)完成顯示輸入信息、播放相應(yīng)音符等基本功能。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，at89c51，電子琴 目錄前言隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來一點(diǎn)生活上的樂趣?；诋?dāng)前市場上的玩具市場需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。單片機(jī)技術(shù)使我們可以利用軟硬件實(shí)現(xiàn)電子琴的功能，從而實(shí)現(xiàn)電子琴的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進(jìn)行一定的功能擴(kuò)

3、展。鑒于傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤上的“k0”到“k16”鍵演奏從低so到高do等16個(gè)音，從而可以用來彈奏喜歡的樂曲。1本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)可演奏的電子琴。綜合應(yīng)用了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)。（1）鍵盤矩陣識別。即矩陣掃描，顯示當(dāng)前按鍵。（2）不同頻率音符播放?？梢酝ㄟ^按鍵控制16種發(fā)音。2 系統(tǒng)分析 2.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)只要以51單片機(jī)為主控核心，與矩陣鍵盤、揚(yáng)聲器、led顯示管模塊一起組合而成。具體如圖1所示。鍵盤單片機(jī)數(shù)碼管蜂鳴器圖1 簡易電子琴的系統(tǒng)組成2.2系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)掃描鍵盤矩陣、顯示按鍵、揚(yáng)聲器發(fā)出對應(yīng)音符。4x4行列式鍵盤識別及顯示原理如下：組成鍵盤的按鍵有機(jī)械式、電容式、導(dǎo)

4、電橡膠式、薄膜式多種，但不管什么形式，其作用都是一個(gè)使電路接通與斷開的開關(guān)。目前微機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤按其功能不同，通?？煞譃榫幋a鍵盤和非編碼鍵盤兩種基本類型。 編碼鍵盤：鍵盤本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要功能所需的硬件電路。不僅能自動檢測被按下的鍵，并完成去抖動、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對應(yīng)的鍵碼（如ascii碼）送往cpu。所以，編碼鍵盤接口簡單、使用方便。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。 非編碼鍵盤：鍵盤只簡單地提供按鍵開關(guān)的行列矩陣。有關(guān)按鍵的識別、鍵碼的確定與輸入、去抖動等功能均由軟件完成。目前微機(jī)系統(tǒng)中，一般為了降低成本大多數(shù)采用非編碼鍵盤。 鍵盤接口必須具有去抖動、防串鍵、按

5、鍵識別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。 （1）去抖動:每個(gè)按鍵在按下或松開時(shí)，都會產(chǎn)生短時(shí)間的抖動。抖動的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為520mm。所謂抖動是指在識別被按鍵是必須避開抖動狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識別正確無誤。去抖問題可通過軟件延時(shí)或硬件電路解決。 （2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問題。常用的方法有雙鍵鎖定和n鍵輪回兩種方法。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí)，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼。n鍵輪回，是當(dāng)檢測到有多個(gè)鍵被按下時(shí)，能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼。 （3）被按鍵識別：如

6、何識別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成。常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過行列顛倒兩次掃描來識別閉合鍵，為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入/輸出端口。 （4）鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼，一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。用at89s51的并行口p1接44矩陣鍵盤，以p1.0p1.3作輸入線，以p1.4p1.7作輸出線；在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“0f”序號。

7、總體電路具體原理如圖2所示。模塊初始化發(fā)送掃描碼有鍵按下 下開始掃描鍵盤矩陣顯示按鍵啟動定時(shí)器根據(jù)key no發(fā)音顯示按鍵延時(shí)結(jié)束停在播放是否圖2 總體電路原理圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由鍵盤矩陣、led顯示管、揚(yáng)聲器這幾個(gè)部分組成，led顯示管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出對應(yīng)音符。硬件總體設(shè)計(jì)圖如圖3所示。圖3 硬件總體設(shè)計(jì)圖3.2子系統(tǒng)（模塊）一led顯示模塊如圖2-2所示，利用at89s51單片機(jī)的p0端口的p0.0p0.7連接到一個(gè)七段數(shù)碼管的ah的筆段上，數(shù)碼管的公共端接電源。矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊如圖4所示。圖4 矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊圖3.3子系統(tǒng)（模塊）二對鍵

8、盤掃描電路的掃描方式有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法，在此次程序編寫中，采用行掃描法，通過在p1.0p1.3上循環(huán)送出0掃描信號，p1.4p1.7輸入按鍵上的高低電平信息給單片機(jī)，經(jīng)處理程序，判斷出是哪個(gè)開關(guān)按下，并送主程序以實(shí)現(xiàn)不同功能。鍵盤掃描電路圖如圖5所示。圖5 鍵盤掃描電路圖4軟件設(shè)計(jì) 本軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的簡單音樂發(fā)生器，它由16個(gè)音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進(jìn)行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚(yáng)聲器將音樂播放出來。4.1 音樂相關(guān)知識 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂

9、音是用c、d、e、f、g、a、b表示的，這7個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成do、re、mi、fa、so、la、si，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。音持續(xù)時(shí)間的長短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。七段led顯示器內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的極管的接線形式，可分成共陰極型和共陽極型。 led數(shù)碼管的ga七個(gè)發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不以發(fā)亮，不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字形碼。本系統(tǒng)按

10、鍵顯示模塊軟件流程圖如圖6所示。開始模塊初始化有鍵按下待添加的隱藏文字內(nèi)容2鍵盤掃描顯示按鍵結(jié)束是否圖6 按鍵掃描流出圖5系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對單片機(jī)部分進(jìn)行調(diào)試。在上電前，先確保電路中不在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。注意焊點(diǎn)之間，確保焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。在確保硬件電路正常，無異常情況(斷路或短路

11、)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次設(shè)計(jì)中，上電調(diào)試主要鍵盤單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。1、數(shù)碼管led電路調(diào)試：接通電源，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字。2、鍵盤單片機(jī)控制部分調(diào)試：上電后，隨機(jī)按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對應(yīng)的音正確。5.2 軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序模塊進(jìn)行分別調(diào)試

12、。設(shè)計(jì)總結(jié)以及心得體會通過這周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識，而且自己的動手能力也得到了提升。首先，通過對這些資料的學(xué)習(xí)，我大致了解了單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，認(rèn)識到目前單片機(jī)方面的各種各樣的發(fā)展。了解了單片機(jī)用途的廣泛性，這些都為我未來的學(xué)習(xí)和就業(yè)指明了方向。本次課程設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這次設(shè)計(jì)，我對51系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法，如led數(shù)碼管，鍵盤等。自己對軟件、硬件的開發(fā)工作有了更多的認(rèn)識。雖然有很多知識沒有學(xué)過，但通過自學(xué)還是掌握了一些在課堂上沒有掌握的內(nèi)容。希望以后能更加努力，把所學(xué)的知識應(yīng)用于實(shí)踐。參考文獻(xiàn)1 彭偉.單片機(jī)c語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例.電子工業(yè)出版社.2009年2 吳運(yùn)昌模擬電子線路基礎(chǔ)廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004年3 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，1997年4 李建忠單片機(jī)原理及應(yīng)用西安：西安電子科技大學(xué)，2002年5 韓志軍等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.機(jī)械工業(yè)出版社，2004