簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方案51單片機(jī)

1、簡(jiǎn)易電子琴(51單片機(jī))目 錄 TOC o 1-3 u 簡(jiǎn)易電子琴(51單片機(jī)) PAGEREF _Toc339057515 h 1目 錄 PAGEREF _Toc339057516 h 1摘 要 PAGEREF _Toc339057517 h 1ABSTRACT PAGEREF _Toc339057518 h 1引 言 PAGEREF _Toc339057519 h 11 方案論證 PAGEREF _Toc339057520 h 11.1原理圖 PAGEREF _Toc339057521 h 11.2系統(tǒng)板硬件連線 PAGEREF _Toc339057522 h 11.3 主要芯片簡(jiǎn)介 PA

2、GEREF _Toc339057523 h 21.3.1 AT89S51簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc339057524 h 21.3.2 LM386 PAGEREF _Toc339057525 h 4圖1-3 LM386內(nèi)部電路原理圖 PAGEREF _Toc339057526 h 4Fig1-3 LM386 internal circuit diagram PAGEREF _Toc339057527 h 41.3.3 LED數(shù)碼管 PAGEREF _Toc339057528 h 52 實(shí)現(xiàn)過程 PAGEREF _Toc339057529 h 62.1 4X4行列式鍵盤識(shí)別及顯示 PAGER

3、EF _Toc339057530 h 62.1.1 系統(tǒng)板上硬件連線設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc339057531 h 72.1.2 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）44矩陣鍵盤識(shí)別處理，每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。 PAGEREF _Toc339057532 h 8圖2.1.1 行列式鍵盤電路 PAGEREF _Toc339057533 h 8Figure 2.1.1 determinant key

4、board circuit PAGEREF _Toc339057534 h 8摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會(huì)向惡。我們都會(huì)抽空欣賞世界名曲，作為對(duì)精神的洗禮。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴。我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動(dòng)放音功能等等也很好奇。電子琴是現(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。本文的主要內(nèi)容是用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。

5、以單片機(jī)作為主控核心，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。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)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：AT89S51單片機(jī) 音色 節(jié)拍器 自動(dòng)放音 ABSTRACTWith the development and progress of society, music has become an important part of life, it was said that people do not like the music to the evil. We will find t

6、ime to enjoy the world music, as the baptism of the spirit. This thesis developed a simple microcontroller-based electronic key board.Electronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It modern music played an important role in single chi

7、p is a powerful control functions and flexible programming characteristics, It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89C51 control of the core components, Design of an electronic organ, single chip as a host to the core, with the keyboard, speak

8、ers and other core modules main control module, in the main control module has 16 keys and speakers. Stability of the system, its advantages are simple hardware circuits, software functions, control system reliability, high cost performance and have certain practical and reference value.Key words :

9、single chipMCU keyboard speaker electronic organ引 言單片微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計(jì)算機(jī)，它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。 電子琴是現(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。本文的主要內(nèi)容是用AT89S51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。

10、以單片機(jī)作為主控核心，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。 本文主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來詳細(xì)闡述。 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)系弄

11、正確即可。1 方案論證1.1原理圖圖1-1 電子琴電路圖Figure1-1 Keyboard circuit diagram1.2系統(tǒng)板硬件連線 系統(tǒng)板硬件連線如圖1-1所示，發(fā)生模塊，鍵盤模塊，及LED顯示模塊連接如下1.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導(dǎo)線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上；2.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0P3.7端口用8芯排線連接到“4X4行列式鍵盤”區(qū)域中的C1C4R1R4端口上；3.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0/AD0P0.7/AD7端口用8芯排線連接到“四路靜態(tài)數(shù)碼顯示模塊”區(qū)域中的任一個(gè)ah端口上；要求：P0.0/AD0對(duì)應(yīng)著a，P0.

12、1/AD1對(duì)應(yīng)著b，P0.7/AD7對(duì)應(yīng)著h。1.3 主要芯片簡(jiǎn)介1.3.1 AT89S51簡(jiǎn)介AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳（引腳圖如圖1-2所示），4k

13、 Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。圖1-2 管腳圖Figure1-2

14、 pin map 主要功能特性 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 32個(gè)雙向I/O口 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 全雙工UART串行中斷口線 2個(gè)外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（WDT）電路 靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程 4k可反復(fù)擦寫ISP Flash ROM 4.5-5.5V工作電壓 時(shí)鐘頻率0-33MHz 128*8bit內(nèi)部RAM 低功耗空閑和省電模式 3級(jí)加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針1.3.2 LM386.1 LM386內(nèi)部電路LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。LM386特性：靜態(tài)功耗低，約為4mA，可用于電池供電；工作

15、電壓范圍寬，4V-12V或5V-18V；外圍元件少；電壓增益可調(diào)，20-200；低失真度。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 HYPERLINK /showpic.html l blogid=49013b4801009rfc&url=/orignal/49013b4845103b5edf408 t _blank 圖1-3 LM386內(nèi)部電路原理圖Fig1-3 LM386 internal circuit diagramLM386內(nèi)部電路原理圖如圖1-3所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)

16、三級(jí)放大電路. 第一級(jí)為差分放大電路，T1和T3、T2和T4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負(fù)載；T3和T4信號(hào)從管的基極輸入，從T2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益 第二級(jí)為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級(jí)中的T8和T9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管T10構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。二極管D1和D2為輸出級(jí)提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OT

17、L電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。圖2.3 音頻放大器電路Figure 2.3 audio amplifier circuit1.3.3 LED數(shù)碼管數(shù)碼管（如圖1-4所示）使用條件：a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA上面這只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的。

18、數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明：（1）數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；（2）焊接溫度：260度；焊接時(shí)間：5S（3）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。2 實(shí)現(xiàn)過程2.1 4X4行列式鍵盤識(shí)別及顯示組成鍵盤的按鍵有機(jī)械式、電容式、導(dǎo)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(dòng)檢測(cè)被按下的鍵，并完成去抖動(dòng)、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼（如ASCII碼）送往CPU。所以，編碼鍵盤接口簡(jiǎn)單、使用方便

19、。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(jiǎn)單地提供按鍵開關(guān)的行列矩陣。有關(guān)按鍵的識(shí)別、鍵碼的確定與輸入、去抖動(dòng)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(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生4個(gè)基本功能。 （1）去抖動(dòng):每個(gè)按鍵在按下或松開時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為520mm。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開抖動(dòng)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(shí)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

20、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(cè)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(shí)別：如何識(shí)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(cè)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(shí)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