學期項目文件課件

1、簡易電子琴組員：柳一江、姜小通、張華恩、郭晶晶、王歡、朱敏口號：只要團結一心！Nothing is impossible 學期項目選題的依據(jù)(摘要)電子琴做為電子樂器的一種，可以模仿很多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器無法發(fā)出的聲音。由于它音域較寬，和聲豐富。而且表現(xiàn)力極其豐富。所以它是現(xiàn)代電聲樂器中不可缺少的一部分。我們對于電子琴如何實現(xiàn)其功能感到好奇，為了驗證書本上所學的知識，所以我們做了一個基于單片機的簡易電子琴，并實現(xiàn)了電子琴基本功能。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產(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，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的

2、生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S52單片機為核心控制元件，設計一個電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有16個按鍵和揚聲器。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。目錄方案論證系統(tǒng)設計功能模塊介紹發(fā)聲原理及程序流程圖調(diào)試步驟總結參考文獻方案論證 方案一：用可控硅制作電子琴，將220V交流電經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)過濾波，整形獲得+13.5V直流電壓，將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該方案制作成本高且復雜。故不采用。 方案二：采用AT89C52

3、單片機進行控制，但由于AT89C52在屬于低檔的單片機，已經(jīng)面臨淘汰，且仿真器價格昂貴，不易擦除。故不采用。 方案三：采用兩個555集成定時器組成簡易電子琴，整個電路由主振蕩器，顫音振蕩器，揚聲器和琴鍵按鈕等部分組成。由于555產(chǎn)生的信號不穩(wěn)定且精度不高。故不采用。 方案四：采用采用AT89S52單片機進行控制，以AT89S52單片機為核心控制元件，與鍵盤、蜂鳴器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有16個按鍵和蜂鳴器。程序易擦除，比較方便。根據(jù)以上比較可知應采用四種方案系統(tǒng)設計本電子琴系統(tǒng)主要包括AT89S52單片機，4x4鍵盤，發(fā)聲模塊，數(shù)碼管顯示單元，系統(tǒng)框圖如圖1所示。4x4鍵盤復

4、位電路晶振12MHZ AT89S52數(shù)碼管顯示單元發(fā)聲模塊電源電路圖1三、功能模塊介紹3.1 時鐘電路分析（單片機的晶振電路）此系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89S52內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容CX1和CX2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12

5、MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30pF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。單片機的18,19腳接外部晶體振蕩器。3.2復位電路的論證和分析AT89S52的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路，當時鐘頻率選用12MHz時，C取10F，Rs約為100，Rk約為10K。實際上為了方便

6、，我們的硬件電路里面單片機的9腳RST直接接高電位，電源接通后復位3.3音頻放大電路 音頻放大電路（圖2）的選用對電子琴的音色及音量具有決定性的作用。本設計發(fā)聲模塊主要采用 LM386，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。廣泛應用于錄音機和收音機之中。LM386內(nèi)部電路原理圖（圖3）所示與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路第一級為差分放大電路T1和T3 T2和T4分別構成復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的有源負載T3和T4信號從管的基極輸入，T2管的集電極輸出 為雙端輸入單端輸

7、出差分電路，使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負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為共射放大電路，T7為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)第三級中的T8和T9管復合成PNP型管，與NPN型管T10 構成準互補輸出級。二極管D1和D2為輸出級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OTL電路。輸出端引腳5應外接輸出電容后再接負載。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構成反饋網(wǎng)絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。圖2 音頻放大器電路圖3 LM386內(nèi)部電路原理圖

8、3.4 鍵盤模塊當按鍵較多時會占用更過的控制器端口，為減少對端口的占用，本設計采用44矩陣鍵盤（圖4），鍵盤矩陣行線連接P2.0P2.3,列線連接P2.4P2.7，掃描過程如下：程序首先判斷是否有鍵按下，為判斷16個按鍵中是否有鍵按下，程序首先在4條行線上放置4個0，即在 P2端口輸出0XF0，如果有任一按鍵按下，則4條列線上必有一位為0.如果已有鍵按下，則判斷按鍵所在行、列位置，并返回按鍵序號。代碼中行掃描碼初值為0 xFE，通過將該值循環(huán)右移，可對P2.0P2.3對應的4 行逐行發(fā)送 0，每次發(fā)送掃描碼后即判斷高 4位的4個1中是否有0 出現(xiàn)，如果出現(xiàn)0 說明按鍵在該行上，這時可將發(fā)送的低

9、4 位于讀取的高4 位取反，也就是P2取反，這樣P2 中將出現(xiàn)2 個 1，其余位均變?yōu)?，2個1分別處在低4位和高4位中，高低4位中1所處的位置各有4種可能，共有16種可能，對應十六個不同的按鍵，根據(jù)取反后的值查詢鍵盤矩陣按鍵特征碼表，即可得到按鍵序號。圖4 4x4鍵盤3.5供電電路 采用9v直流供電，分出兩個電源，9v直接供給音頻發(fā)大電路，另一部分經(jīng)7805穩(wěn)壓到5v然后供給單片機。四.發(fā)聲原理即程序流程圖4.1音樂發(fā)聲原理因此我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確，即可利用AT89S52 的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式MODE1 下改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音

10、階。表1.作品采用的音符頻率與簡譜碼對應表音符頻率（Hz）簡譜碼音符頻率（Hz）簡譜碼低音mi33064021中音fa69864820低音fa34964103中音so78464898低音so39264260中音la88064968低音la44064400中音xi98865030低音xi49464524高音do104665058中音do52364580高音re117565110中音re58764684高音mi131865157中音mi65964777高音fa1397651784.2音樂發(fā)聲程序框圖（圖5）圖5 音樂發(fā)聲程序框六、總結6.1課程設計心得及體會：通過這次單片機課程設計，我弄懂了不少課

11、本上的知識，還擴展了一些課本沒有的知識，再通過去圖書館查閱資料，很好的完成了這次課程設計。首先在課程設計剛開始的調(diào)研階段，我學會了怎么通過各種方式查詢相關的資料。通過對這些資料的學習，我大致了解了單片機的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，認識到目前單片機在各方面的應用。了解了單片機方面的先進技術，這些都為我的未來的學習指明了方向。我的課程設計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)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。雖然本次課程設計的硬件焊接工序?qū)Υ蠖附恿艘荒甑奈襾碚f不算什么難事，但是在焊接過程中我沒有半點馬虎，對電路的分析在指導老師盧毓俊

12、老師的幫助下更是步步深入。在軟件方面，因為程序的編寫都是我的弱項，所以我是先從網(wǎng)上找來類似的程序模板，然后借助各方面的資料對程序的每一步進行分析，按題目的需求進行修改，最終才得到我現(xiàn)在的程序方案。6.2不足之處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。可通過改進鍵盤識別模塊和發(fā)生模塊來增加其復雜度。 2.音色不可調(diào)，只有一種波形的頻率輸出?？梢栽谕鈬娐吩O計濾波電路，接在不同的輸出口，通過軟件實現(xiàn)不同端口的輸出，從而接入不同的濾波電路，輸出不同的波形，從而獲得不一樣的音色。3.不能以和弦形式演奏，只能單個鍵按下輸出單個的音階。4.由于沒有足夠的設計經(jīng)驗，本次選用的按鍵不易按下，所以

13、導致演奏時不夠流暢。電路原理圖源程序 項目：可演奏電子琴/-/在鍵盤矩陣上模擬演奏電子琴，數(shù)碼管顯示按鍵號/-#include #define uchar unsighed char#define uint unsighed int /共陽數(shù)碼管編號uchar code DSY_Table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x , 0 x99 ,0 x92 ,0 x82,0 x f8,0 x80, /0、1、2、3、4、5、6、7、80 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 xBF; /9、A、B、C、D、E、F、-/各音符對應的

14、延時uint code Tone_Delay_Table=64021,64103,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110,65110,65157,65178;sbit BEEP =P30; /蜂鳴器uchar KeyNo； /按鍵序號/-/延時/-void DelayMS(uchar x) uchar i; while (x-) for(i=0;i4) ) 0 x0F;/對03行分別附加起始值0,4,8,12switch(Tmp) case 1:k+=0;break;case 2:k+=4;break;

15、case 4:k+=8;break;case 8:k+=12;break;default:return;KeyNo=k;/-/鍵盤矩陣掃描子程序 /-void key_Scan() uchar Tmp,k; /高四位置0，放入四行 P1=0 x0F； DelayMS(2); /按鍵后00001111將變成0000 xxxx,x中1個為0,3個仍為1 /下面的異或操作會把3個1變成0，唯一的0變成1Tmp=P1 0 x0F;/判斷按鍵發(fā)生于03列的那一項Switch(Tmp) case 1:k=0;break;case 2:k=1;break;case 4:k=2;break;case 8:k=

16、3;break;default:return; /無鍵按下/低四位置0，放入四列/-/定時器0中斷程序，不同頻率的聲音由該中斷產(chǎn)生/-void Play_Tone() interrupt 1 TH0=Tone_Delay_TableKeyNo / 256;TH0=Tone_Delay_TableKeyNo % 256;BEEP =BEEP;/-/主程序/-void main() P0=0 xBF; /初始顯示“-” TMOD=0 x01; IE=0 x82;while (1) P1=0 xF0;/發(fā)送掃描碼 if (p1 ! =0 xF0) /如果有鍵按下 Keys_Scan(); /掃描鍵盤

17、矩陣 P0=DSY_Table KeyNo; /顯示按鍵 TR0=1; /啟動定時器，根據(jù)KeyNo 發(fā)音else TR0=0;/停止播放DelayMS(2); 實物圖元器件清單故障排除將單片機燒錄好后板子焊好后，接上5V穩(wěn)壓源，發(fā)現(xiàn)板子沒有工作。我們接上示波器觀察ALE腳的輸出，為1/6Fosc頻率這說明單片機的正常工作，至少有能保證我們的晶振電路也是正常的。老師說軟件到硬件的實現(xiàn)是一個很復雜的過程，沒有人一下子就仿真成功就可以立馬調(diào)出板子，第一次焊好就能正常的可能性為零，要我們從中發(fā)現(xiàn)故障的可能性。老師說：既然你們的故障，不是出自單片機上，那么你們好好看看輸出輸?shù)椒澍Q器（負載的波形）我們先把單片機的P3.0接到示波器觀察其波形。每次按鈕的按下，我們能看到一個不同頻率從低到高的電壓的電壓變化的波形，說明送往蜂鳴器的兩端都沒有反映排除了焊接上的虛焊和引腳之間的短路發(fā)現(xiàn)電路還是驅(qū)動不起來，看起來應該是輸出的功率不夠一開始所采用的電路圖增加了三極管驅(qū)動電路 在老師的指導下改進的電路電路調(diào)試 市場調(diào)查名稱：AT89C51 單價