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，通過脈沖信號產(chǎn)生出電子音調(diào)，設(shè)計(jì)一個簡易電子琴。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(shí)用和參考價值。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.錯誤!未定義書簽。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.錯誤!未定義書簽。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向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的簡易電子琴。我們對于電子琴如何實(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。本文主要對使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡易電子琴進(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。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，屬于電子樂器(區(qū)別于電聲樂器)，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管弦樂隊(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)樂器所無法發(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，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。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)各種情緒時運(yùn)用自如。本論文設(shè)計(jì)的電子琴雖是簡易電子琴，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、簡練，所用器件常見，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有進(jìn)一步的認(rèn)識，獨(dú)立對其進(jìn)行測試與檢查。（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，及時修改相關(guān)軟硬件。（4）對軟件編程、排錯調(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)一簡易電子琴，要求能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7等七個音符。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琴鍵，單片機(jī)能夠檢測到鍵盤的按鍵，并根據(jù)按鍵的位置通過程序來控制，使揚(yáng)聲器發(fā)著不同頻率的聲音，聲音延遲延遲一段時間，等到按鍵放開后，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)工作原理一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(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)然對于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便。樂音實(shí)際上是有固定周期的信號。本文可以用AT89C51的一個定時器（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,產(chǎn)生樂音。根據(jù)不同的按鍵,調(diào)節(jié)T1的溢出時間,可輸出不同頻率的樂音,這樣就做出了一臺簡易電子琴。即算出某一音頻的周期，然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計(jì)時這個半周期時間，每當(dāng)計(jì)時到后，就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時，此半周期再對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來產(chǎn)生不同頻率的信號，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)頻率對應(yīng)表音符頻率簡譜碼音符頻率簡譜碼低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。這16個按鍵S1S16通過排阻，分別按順序與單片機(jī)的P2口P2.1P2.7相接，共同組成整個電路的按鍵控制部分，為整個電路提供輸入信號。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，連接著整個電路的發(fā)聲放大部分。這部分是整個電路的關(guān)鍵所在，脈沖電壓信號通過電解電容（因?yàn)楸纠龁纹瑱C(jī)所產(chǎn)生的信號頻率較低，所以選用相對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。電壓信號經(jīng)過輸入電阻，流入運(yùn)算放大器的反向輸入端，輸出信號經(jīng)過反饋電阻，反饋到反向輸入端，同時接入閉環(huán)保護(hù)電阻，也可防止共模電壓超出極限值。集成運(yùn)放將放大的信號經(jīng)過電解電容傳給揚(yáng)聲器，以驅(qū)動揚(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個機(jī)器周期以上的高電平時，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)位和上電或開關(guān)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用手動復(fù)位電路。在單片機(jī)啟動后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候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)按鍵按下的時候，開關(guān)9導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，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，這個時候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)自動復(fù)位。如圖3.4R410kC310uFVCCGND圖3.4復(fù)位電路3.2.4時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時鐘信號