基于單片機(jī)的簡單電子琴設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于單片機(jī)的簡易電子琴設(shè)計(jì)專業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：2015-12-25一、課題名稱基于單片機(jī)的簡易電子琴設(shè)計(jì)二、任務(wù)要求1、4x4鍵盤矩陣識(shí)別，即矩陣掃描，顯示當(dāng)前的音符。2、不同頻率音符播放，可以通過按鍵控制16種發(fā)音。三、任務(wù)分析1、以AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，與鍵盤，揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。2、從電路原理圖，主要芯片、模塊原理及各模塊的程序等方面入手設(shè)計(jì)。3、效果按下鍵盤矩陣中的按鍵會(huì)是數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放對(duì)應(yīng)的音符。四、設(shè)計(jì)方案1、硬件方案本系統(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

2、示管模塊一起組合而成。具體如下：表1.簡易電子琴硬件方案數(shù)碼管單片機(jī)矩陣鍵盤揚(yáng)聲器2、軟件方案仿真使用Proteus軟件，可以將電子琴仿真實(shí)驗(yàn)形象化，幫助我們學(xué)習(xí)。仿真原理圖一共分為四個(gè)部分，AT89C51單片機(jī)及其復(fù)位電路、時(shí)鐘電路部分，4x4矩陣鍵盤部分，LED顯示管部分，揚(yáng)聲器部分。所需元器件有：AT89C51（51單片機(jī)），7SEG-COM-AN-BLUE（藍(lán)色7段數(shù)碼管）BUTTON（按鍵）,CAP（電容）,CRYSTAL（晶振）,MINELECT100U10V（電解電容）RESPACK-8(有公共端電阻排)，RT0805FRE071KL(電阻)，SOUNDER(揚(yáng)聲器)五、具體實(shí)現(xiàn)

3、1、硬件電路圖及工作原理描述 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(duì)應(yīng)音符。硬件總體設(shè)計(jì)圖如下：圖1.硬件總體原理圖LED顯示模塊如圖所示，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。圖2.LED顯示模塊矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊如下：圖3.矩陣掃描模塊矩陣掃描揚(yáng)聲器發(fā)出對(duì)應(yīng)音符模塊如下：圖4.揚(yáng)聲器模塊單片機(jī)時(shí)鐘電路，復(fù)位電路如下：圖5.時(shí)鐘電路、復(fù)位電路2、軟件流程圖及對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)程序本系統(tǒng)的軟件流程圖如下： 表2.軟件總體流程圖開始模塊初始化發(fā)送掃描碼有鍵按下 否掃描鍵盤矩陣

4、 是停止播放顯示按鍵啟動(dòng)定時(shí)器根據(jù)KEY發(fā)音延時(shí)結(jié)束 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)光二極管因加零電壓而發(fā)亮，因加正電壓而不以發(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)按鍵顯示模塊軟件流程圖如下： 表3.按鍵模塊軟件流程圖開始模塊初始化有鍵按下 是 掃描鍵盤矩陣 否顯示按鍵結(jié)束 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單

5、片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系正確即可。 利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956s/1s956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：Nfi÷2÷fr 2-1式中，N是計(jì)數(shù)值；fi是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHz時(shí)，其頻率為1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計(jì)數(shù)初值T的求法如下：T65536N655

6、36fi÷2÷fr例如：設(shè)K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計(jì)數(shù)值。T65536N65536fi÷2÷fr655361000000÷2÷fr65536500000/fr低音DO的T65536500000/26263627中音DO的T65536500000/52364580高音DO的T65536500000/104665059本系統(tǒng)按鍵發(fā)出對(duì)應(yīng)音符模塊軟件流程圖如下： 表4.揚(yáng)聲器模塊流程圖開始模塊初始化有鍵按下 是掃描鍵盤矩陣 否啟動(dòng)定時(shí)器根據(jù)KEY發(fā)音結(jié)束Keil

7、軟件程序：#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar temp,num;uint x,y;sbit bell=P30;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff, ;uint code yy=64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968

8、,65030,65058,65110,65157,65178, ;void delay(uint z)for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void timer0() interrupt 1 TH0=yynum/256;TL0=yynum%256;bell=bell;void display(num) P0=tablenum; void keyscan()P1=0xfe;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)t

9、emp=P1;switch(temp)case 0xee:num=0; break;case 0xde:num=4; break;case 0xbe:num=8; break;case 0x7e:num=12; break;P1=0xfd;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xed:num=2; break;case 0xdd:num=6; break;case 0xbd:num=10; brea

10、k;case 0x7d:num=14; break; P1=0xfb;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xeb:num=2; break;case 0xdb:num=6; break;case 0xbb:num=10; break;case 0x7b:num=14; break;P1=0xf7;temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay(10);

11、temp=P1;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P1;switch(temp)case 0xe7:num=3; break;case 0xd7:num=7; break;case 0xb7:num=11; break;case 0x77:num=15; break; void main()bell=0;EA=1;ET0=1;TR0=0;TMOD=0x01;num=16;P0=tablenum; while(1)P1=0xf0;if(P1!=0xf0)keyscan();display(num);TR0=1;elseTR0=0;delay(2); 六、

12、仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程及硬件結(jié)果、現(xiàn)象1、按照設(shè)計(jì)要求在Proteus軟件上做出仿真電路。2、利用Keil軟件編寫相應(yīng)的單片機(jī)程序，以實(shí)現(xiàn)硬件仿真電路的功能。3、仿真結(jié)果截圖如下：圖6.Proteus仿真結(jié)果七、總結(jié)（體會(huì)） 通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識(shí)，也鍛煉了自己的動(dòng)手能力，將以前學(xué)過的零散的知識(shí)串到一起。經(jīng)過我長時(shí)間的設(shè)計(jì)及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)按下鍵盤矩陣中的按鍵會(huì)使數(shù)碼管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器播放對(duì)應(yīng)的音符。但本設(shè)計(jì)音頻效果不是很好。不足之處有：1.可彈奏的音符數(shù)較少，只能在一定范圍內(nèi)滿足用戶需要2.音量不可調(diào)。 我的綜合設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲