基于AT89C51的電子琴設(shè)計(jì) 論文.doc

1摘要本文的主要內(nèi)容是用AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，通過(guò)脈沖信號(hào)產(chǎn)生出電子音調(diào)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴。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、音階、頻率、電子琴設(shè)計(jì)2目錄摘要.1引言.3第一章緒論.41.1論文特點(diǎn)及研究意義.41.2設(shè)計(jì)目的.4第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì).52.1簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方案.52.1.1能夠?qū)崿F(xiàn)基本的琴鍵功能.52.1.2能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)電子琴音色功能.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2系統(tǒng)的總框圖.52.3系統(tǒng)工作原理.5第三章硬件電路.73.1硬件電路圖.73.2電路各部分簡(jiǎn)要分析.73.2.1按鍵電路.73.2.2放大電路.83.2.3復(fù)位電路.83.2.4時(shí)鐘電路.93.3元件參數(shù).103.4單片機(jī)音符與單片機(jī)頻率的關(guān)系.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第四章軟件流程.114.1設(shè)計(jì)思路與流程圖.114.1.1程序介紹.12第五章元器件介紹.135.1元器件的種類.135.1.1AT89C51.135.1.2管腳說(shuō)明.145.1.3LM386介紹.15第六章制作與調(diào)試方法.17第七章總結(jié).18致謝.19參考文獻(xiàn).20附錄.213引言隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂(lè)逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說(shuō)喜歡音樂(lè)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(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂(lè)器。它在現(xiàn)代音樂(lè)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(lái)獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè)。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(lái)詳細(xì)闡述。4第一章緒論1.1論文特點(diǎn)及研究意義本論文設(shè)計(jì)的為電子琴，電子琴又稱作電子鍵盤，屬于電子樂(lè)器(區(qū)別于電聲樂(lè)器)，發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂(lè)隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂(lè)器所無(wú)法發(fā)出的聲音（如合唱聲，風(fēng)雨聲，宇宙聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂(lè)音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂(lè)。另外，電子琴還安裝有效果器，如混響、回聲、延音，震音輪和調(diào)制輪等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。本論文設(shè)計(jì)的電子琴雖是簡(jiǎn)易電子琴，功能和真正電子琴有不小差距，但本論文設(shè)計(jì)的是電子琴的基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)一步研究電子琴有很大的促進(jìn)作用。本設(shè)計(jì)易懂、簡(jiǎn)練，所用器件常見(jiàn)，上網(wǎng)查詢資料方便，電路模塊具有通用性，非常適合廣大電子愛(ài)好者制作。1.2設(shè)計(jì)目的（1）能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識(shí)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，獨(dú)立對(duì)其進(jìn)行測(cè)試與檢查。（2）熟悉89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理使用其內(nèi)部寄存器，能夠完成相關(guān)軟件編程設(shè)計(jì)工作。（3）為實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行快速的調(diào)試，并能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的功能故障進(jìn)行分析，及時(shí)修改相關(guān)軟硬件。（4）對(duì)軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。5第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方案2.1.1電子琴設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易電子琴，要求能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7等七個(gè)音符。使用元件：AT89C51、LM386，揚(yáng)聲器，按鍵等2.1.2能夠?qū)崿F(xiàn)基本的琴鍵功能即每按下一個(gè)琴鍵，單片機(jī)能夠檢測(cè)到鍵盤的按鍵，并根據(jù)按鍵的位置通過(guò)程序來(lái)控制，使揚(yáng)聲器發(fā)著不同頻率的聲音，聲音延遲延遲一段時(shí)間，等到按鍵放開(kāi)后，聲音停止。然后再繼續(xù)掃描，看是否有鍵按下，如此循環(huán)下去，即實(shí)現(xiàn)基本的琴鍵功能。2.2系統(tǒng)的總框圖圖2.1總框圖2.3系統(tǒng)工作原理一首音樂(lè)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(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方便。樂(lè)音實(shí)際上是有固定周期的信號(hào)。本文可以用AT89C51的一個(gè)定時(shí)器（如振蕩器分頻器電源鍵盤振蕩器單片機(jī)揚(yáng)聲器6T1）控制,在P1.0腳上輸出方波周期信號(hào),產(chǎn)生樂(lè)音。根據(jù)不同的按鍵,調(diào)節(jié)T1的溢出時(shí)間,可輸出不同頻率的樂(lè)音,這樣就做出了一臺(tái)簡(jiǎn)易電子琴。即算出某一音頻的周期，然后將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后，就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)，此半周期再對(duì)I/O反相，即可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。因此我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)器，使其工作在計(jì)數(shù)器模式MODE1下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0來(lái)產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，從而產(chǎn)生不同的音符。2.2.1單片機(jī)音符與單片機(jī)頻率的關(guān)系本次設(shè)計(jì)中，單片機(jī)晶振為12MHz,那么定時(shí)器的技術(shù)周期為1MHz，加入選擇工作方式1，那T值便為T=216x（x為THX、TLX的初值）。那么根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)賦給定時(shí)器的計(jì)算值，表3.1列出不同音符與單片機(jī)計(jì)數(shù)T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值。表3.4音符與單片機(jī)頻率對(duì)應(yīng)表音符頻率簡(jiǎn)譜碼音符頻率簡(jiǎn)譜碼低3M33064021中4FA69864820低4FA34964103中5SO78464898低5SO39264260中6LA88064968低6LA44064400中7SI98865030低7SI49464524高1DO104665058中1DO52364580高2RE117565110中2RE58764684高3M131865157中3M65964777高4FA1397651787第三章硬件電路3.1硬件電路圖(介紹總共)基于AT89C51芯片的簡(jiǎn)單電子琴的電路圖如圖3.1。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U280C52R410kC310uFVCCVCCGNDY112MHzC630pFC730pFGNDIN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8VS6GND4U1LM386M1(8)R110kR2470GNDGNDGNDC247uFLS1SPEAKERR310C5473GNDVCCC4104C110uFGNDS2SW-PBS5SW-PBS8SW-PBS11SW-PBS3SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS12SW-PBS4SW-PBS7SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PB123J1CON3VCCGND圖3.1硬件電路圖3.2電路各部分簡(jiǎn)要分析3.2.1按鍵電路單片機(jī)P2口為輸入接口，接有一組按鍵，共16個(gè)。這16個(gè)按鍵S1S16通過(guò)排阻，分別按順序與單片機(jī)的P2口P2.1P2.7相接，共同組成整個(gè)電路的按鍵控制部分，為整個(gè)電路提供輸入信號(hào)。如圖3.28S2SW-PBS5SW-PBS8SW-PBS11SW-PBS3SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS12SW-PBS4SW-PBS7SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PB圖3.2按鍵電路3.2.2放大電路單片機(jī)P1.0為輸出端，連接著整個(gè)電路的發(fā)聲放大部分。這部分是整個(gè)電路的關(guān)鍵所在，脈沖電壓信號(hào)通過(guò)電解電容（因?yàn)楸纠龁纹瑱C(jī)所產(chǎn)生的信號(hào)頻率較低，所以選用相對(duì)容量較大的電解電容）和反向放大器相連。輸入電阻、運(yùn)算放大器和反饋電阻共同組成反向放大器。電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電阻，流入運(yùn)算放大器的反向輸入端，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋電阻，反饋到反向輸入端，同時(shí)接入閉環(huán)保護(hù)電阻，也可防止共模電壓超出極限值。集成運(yùn)放將放大的信號(hào)經(jīng)過(guò)電解電容傳給揚(yáng)聲器，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。如圖3.3IN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8VS6GND4U1LM386M1(8)R110kR2470GNDGNDGNDC247uFLS1SPEAKERR310C5473GNDVCCC4104C110uFGND圖3.3放大電路3.2.3復(fù)位電路當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位電路。在單片機(jī)啟動(dòng)后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)9導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。如圖3.4R410kC310uFVCCGND圖3.4復(fù)位電路3.2.4時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)