基于单片机的简易电子琴设计

I课程设计报告课程设计名称：基于51单片机的简易电子琴设计系部名称：中印计算机软件学院学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：2012-2013学年第二学期I目录1课程设计目的…………………………………………………………..12课程设计题目和要求………………………………………………………13课程设计报告内容.........................................23.1原理图................................................23.2系统板硬件连线.........................................33.3主要芯片简介...........................................33.3.1AT89S51简介........................................33.3.2LM386.............................................43.3.3LED数码管..........................................64实现过程..................................................74.14X4行列式键盘识别及显示..............................84.1.1硬件板上的系统连线设计............................94.1.2程序设计内容.....................................94.1.3I/O并行口直接驱动LED显示........................94.2音乐产生的方法....................................114.2.1原理............................................114.2.2程序框图........................................135.总结....................................................14参考书目....................................................15附录........................................................1611课程设计目的音乐是热情洋溢的自由艺术，是室外的艺术，像自然那样无边无际，像风，像天空，像海洋。音乐是灵魂的完美表现。音乐表达的是无法用语言描述,却又不可能对其保持沉默的东西。而能把音乐演绎出来的乐器又是很多人的最爱。在此设计的是一个基于单片机的简易电子琴。我们对于电子琴如何实现其功能，如音色选择、声音强弱控制、节拍器、声音强弱显示功能等等也很好奇。电子琴有着独特的音色，它在爱音乐人的手里就是一个有生命的工具，是我们的朋友，它也是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、LED显示器、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。2课程设计的题目和要求电子琴的设计以AT89S51单片机为核心，设计一个简易电子琴。1.利用键盘模拟琴键，弹奏出8个不同的音符1，2，3，4，5，6，7，i。2.按下按键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。3.LM386将音频信号功率放大后送扬声器发声。4.其他创新功能设计，例如增加按键数量，发出更多的音符，用点阵LED显示音符高低等。23课程设计报告内容3.1原理图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Jun-2010SheetofFile:D:\Protel99SE\杨文蕊+069050241023.DdbDrawnBy:Vcc40EA31RST9GND20X119X218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732ALE30PSEN29P2.7/A1528P2.6/A1427P2.5/A1326P2.4/A1225P2.3/A1124P2.2/A1023P2.1/A922P2.0/A821U1AT89S51R110KR210KR310KY112MHzC730pFC630pF12345678P1HEADER8S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBC110uFVCCVcc6IN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8GND4U2LM386C210uFC30.1uFVCCC410uFR410KC50.1uFLS1扬声器CR4CR3CR2CR1BR4BR3BR2BR1CR4CR3CR2CR1BR4BR3BR2BR1R4220agdefbcdpa7b6c4d2e1f9GND3GND8g10dp5DS1DPY7_SEG_DP图1-1电子琴电路图33.2系统板硬件连线系统板硬件连线如图1-1所示，发生模块，键盘模块，及LED显示模块连接如下1.把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPKIN端口上；2.把“单片机系统”区域中的P3.0－P3.7端口用8芯排线连接到“4X4行列式键盘”区域中的C1－C4R1－R4端口上；3.把“单片机系统”区域中的P0.0/AD0－P0.7/AD7端口用8芯排线连接到“四路静态数码显示模块”区域中的任一个a－h端口上；要求：P0.0/AD0对应着a，P0.1/AD1对应着b，……，P0.7/AD7对应着h。3.3主要芯片简介3.3.1AT89S51简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚（引脚图如图1-2所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。4图1-2管脚图3.3.1.1主要功能特性·兼容MCS-51指令系统·32个双向I/O口·2个16位可编程定时/计数器·全双工UART串行中断口线·2个外部中断源·中断唤醒省电模式·看门狗（WDT）电路·灵活的ISP字节和分页编程·4k可反复擦写ISPFlashROM·4.5-5.5V工作电压·时钟频率0-33MHz·128*8bit内部RAM·低功耗空闲和省电模式·3级加密位·软件设置空闲和省电功能·双数据寄存器指针3.3.2LM3863.3.2.1LM386内部电路LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。LM386特性：静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；工作电压范围宽，4V-12V或5V-18V；外围元件少；电压增益可调，20-200；低失真度。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。5图1-3LM386内部电路原理图LM386内部电路原理图如图1-3所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路.第一级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的有源负载；T3和T4信号从管的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电容的增益第二级为共射放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成准互补输出级。二极管D1和D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-May-2010SheetofFile:D:\Protel99SE\杨文蕊+069050241023.DdbDrawnBy:Vcc40EA31RST9GND20X119X218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732ALE30PSEN29P2.7/A1528P2.6/A1427P2.5/A1326P2.4/A1225P2.3/A1124P2.2/A1023P2.1/A922P2.0/A821U1AT89S51R210KR310KY112MHzC730pFC630pFVcc6IN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8GND4U2LM386C210uFC30.1uFVCCC410uFR410KC50.1uFLS1扬声器CR4CR3CR2CR1BR4BR3BR2BR1图2.3音频放大器电路63.3.3LED数码管agdefbcdpa7b6c4d2e1f9GND3GND8g10dp5图1-47段数码管数码管（如图1-4所示）使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流80mA（每段10mA）；动态：平均电流4-5mA峰值电流100mA上面这只是七段数码管引脚图，其中