基于單片機(jī)的簡易電子琴電路設(shè)計(jì)說明

基于單片機(jī)的簡易電子琴電路設(shè)計(jì)說明單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目:基于單片機(jī)的簡易電子琴電路設(shè)計(jì)簡易電子琴一般具有彈奏一個自然大調(diào)7聲音階的功能。用按鍵實(shí)現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；兩位的數(shù)碼管進(jìn)行被操作的蜂鳴器進(jìn)行播放“送別”。要求完成的主要任務(wù):1.設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)已知條件，設(shè)計(jì)并制作一個簡易電子琴。2.設(shè)計(jì)要求②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本軟件完成仿真，之后制作出相應(yīng)實(shí)物，并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報告書。指導(dǎo)教師簽名：年月日基于單片機(jī)的簡易電子琴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)它是以單片機(jī)作為主控核心，設(shè)置鍵盤、蜂鳴器等外圍器件；另外還用到一些簡單按鍵實(shí)現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；兩位的數(shù)碼管進(jìn)行被操作的按鍵顯示；用NPN型三極管蜂鳴器進(jìn)行播放“送別”。本設(shè)計(jì)硬件部分主要由最小系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器模塊組成。其軟件部分主要有主程序模塊、定時中斷程序、定時計(jì)數(shù)程序、顯示程序。（1）最小系統(tǒng)：它是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。它包括單片機(jī)的選擇、時鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、簡單的按鍵用來顯示7個音調(diào)，其它3個按鍵可以進(jìn)行高低中音的切換，并自動播放已存歌曲。（4）蜂鳴器模塊：此電子琴發(fā)音電路是通過三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)音，經(jīng)過上拉電阻提高驅(qū)動能力。本次設(shè)計(jì)首先對單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易電子琴仔細(xì)分析，接著制作硬件電路和編寫軟件的程序，最后進(jìn)行軟硬件的調(diào)試運(yùn)行。并且從原理圖，主要芯片，各模塊的原理和各個模塊的程序調(diào)試來闡述。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，實(shí)現(xiàn)高、中、低共21個音符的發(fā)音和顯示和音樂播放時的控制顯示，并且能自動播放程序中編排的音樂。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，性價比高等，具有一定的使用和參考價值。關(guān)鍵詞：單片機(jī)定時中斷蜂鳴器數(shù)碼管c語言編程本項(xiàng)目所制作的電子琴控制系統(tǒng)是以51單片機(jī)為核心等外圍器件，另外還用到一些簡單器件如：兩位數(shù)碼管，和兩位的數(shù)碼管進(jìn)行被操作的按鍵顯示；用器2.1顯示部分設(shè)計(jì)(數(shù)碼顯示有靜態(tài)顯示方式與動態(tài)顯示方式兩種。工作在靜態(tài)顯示方式時，數(shù)碼管的位線與電源一直相連，數(shù)碼管中的二極管均處于通電狀態(tài)，即在靜態(tài)工作方式下，顯示電路中數(shù)碼管的位選線是同時選通，而數(shù)碼管的段選線是獨(dú)立輸工作在動態(tài)顯示方式時，數(shù)碼管的位線在掃描控制電路的控制下按設(shè)定順序?qū)?，即電路中的?shù)碼管是逐個接通電源，數(shù)碼管的段選線以并聯(lián)方式與譯碼電路聯(lián)接，即在動態(tài)工作方式下，數(shù)碼管不是同時導(dǎo)通顯示而是按照設(shè)定順序分本次課程設(shè)計(jì)的顯示電路采用兩位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，由于此設(shè)計(jì)采用的是共陰極的，使用時不加限流電阻為了顯示2.2按鍵部分設(shè)計(jì)常用的按鍵有三種：機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵是利用機(jī)械彈性使鍵復(fù)位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是觸點(diǎn)處易侵入灰塵而導(dǎo)致接觸不良，體積相對較大。導(dǎo)電橡膠按鍵是利用橡膠的彈性來復(fù)位，通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產(chǎn)。但是時間長了，橡膠老化而使彈力下降，同時易柔性按鍵是近年來迅速發(fā)展的一種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。柔性按鍵最大特點(diǎn)是防塵、防潮、耐蝕，外形美觀，裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機(jī)的要求來設(shè)計(jì)。但是由于客觀條件與經(jīng)濟(jì)能力有限，本系統(tǒng)采用機(jī)械觸鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的鍵盤可以分為2類：獨(dú)立連接式鍵盤和矩陣式鍵盤。單片機(jī)系統(tǒng)中，若按鍵較多時，通常采用矩陣式（也稱列線的交叉點(diǎn)上。顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按獨(dú)立連接式鍵盤:獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，然而，在按獨(dú)立式按鍵軟件常采用查詢式結(jié)構(gòu)。先逐位查詢每根I/O口線的輸入狀態(tài)，如某一根I/O口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。由于本程序較為簡單，為了使用方便及節(jié)省資源，選擇獨(dú)立式鍵盤。下圖為獨(dú)立式鍵盤電路圖：(3)去抖動鍵盤編程中主要考慮去抖動的問題。當(dāng)測試表明有鍵被按下之后，緊接著就進(jìn)行去抖動處理。因?yàn)殒I是機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。為保證鍵識別的準(zhǔn)確，在電壓信號抖動的情況下不能進(jìn)行行狀態(tài)輸入。為此需進(jìn)行去抖動處理。去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上避免抖動的產(chǎn)生。軟件確認(rèn)此按鍵己按下，消除了抖動。2.3發(fā)音部分設(shè)計(jì)如下圖所示，發(fā)音電路是由蜂鳴器、三極管、上拉電阻構(gòu)成。由三極管來驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)音的，同時加上拉電阻增強(qiáng)驅(qū)動電流，提高驅(qū)動能力。3.1系統(tǒng)分析①鍵盤掃描程序：檢測是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無按鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測。②功能轉(zhuǎn)移程序：對檢測到的按鍵值進(jìn)行判斷，是琴鍵則跳轉(zhuǎn)至琴鍵處理程序，是功能鍵則跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能程序，我們設(shè)計(jì)的功能程序有兩種，即音色調(diào)節(jié)功能和自動播放樂③琴鍵處理程序：根據(jù)檢測到的按鍵值，查詢音調(diào)表，給計(jì)時器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。④自動播放歌曲程序：檢測到按鍵按下的是自動播放歌曲功能鍵后執(zhí)行該程序，電子琴會自動播放事先已經(jīng)存放的歌曲，歌曲播放完畢之后自動返回至鍵盤掃描程序，繼續(xù)等3.2參數(shù)計(jì)算再將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計(jì)時半周期時間，每當(dāng)計(jì)時終止后就將P1.0反相，然后重復(fù)計(jì)時此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時956μs/1μs＝956，每計(jì)數(shù)956次時-fi÷2÷frfi÷2÷fr＝音符頻率音符頻率計(jì)數(shù)值（T值）采用查表程序進(jìn)行查表時，可以為這個音符建立一個表格，有助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)：低音單片機(jī)播放音樂，或者彈奏電子琴，實(shí)際上是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。為了輸出合適的方波，首先應(yīng)該知道音符與頻率的關(guān)系。只是把白鍵對應(yīng)的數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)中，即可滿足絕大部分把這個數(shù)據(jù)表，放在程序中，需要播音的時候，就從表中取出一個數(shù)據(jù)送到定時器，當(dāng)定時器溢出中斷的時候，再對輸出引腳取反，那么，在揚(yáng)聲器中，