电子琴实验报告

电子系统设计创新实验报告题目基于单片机系统的简易电子琴的设计与实现学生姓名严娅叶帅殷玉杰学生学号101234153101234158101234161专业名称电子信息工程指导教师肖永军2012年11月18日设计要求：1、能实现电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。手动演奏，且能手动演奏7个八度音的音乐，音色纯正，且音长由按键按下持续的时间控制。2、手动演奏。能储存3首曲目，曲长度（既音符个数）不少于50个，音调、音色优美；可重复演奏。3、功能开关可由键盘完成手动、自动切换。4、功率不大于500mw,音质悦耳，无失真。摘要电子琴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，它已经落入现代人们的生活中，成为不可代替的一部分。为了加深对电子技术的理解，学以致用，提高动手能力，以AT89C52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。电子琴以乐音的发声原理为基础，使按键控制电路和蜂鸣器电路协调工作，实现了手动演奏方式，并能手动演奏7个八度音的乐音，自动演奏3首乐曲。通过keil4调试、proteus仿真得到了理想的效果，验证了电路和程序的正确性。一、系统总体设计该设计要实现一种由单片机控制的电子琴，系统需要由按键控制电路、发音电路、AT89C52、晶振电路、复位电路五部分组成。该设计具有12个按键，可根据不同的按键按下时产生不同的音阶或者实现播放不同的功能，根据乐谱可以在键盘上进行演奏，音乐发生器会根据弹奏，通过扬声器将音乐播放出来。蜂鸣器发声电路由蜂鸣器和功率放大电路组成。图1系统总体设计框图AT89C52按键控制电路发音电路晶振电路复位电路二、系统硬件设计（1）系统的复位电路任何含有计算机的系统，在启动运行时都需要复位，以便CPU和系统中的其他部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始执行工作。同样，单片机在外界的干扰下出现程序跑飞或者进入死循环的状况时，需要人为低进行复位操作，恢复正常状态。因此，手动复位是微机子系统的一个基本功能要求。复位电路如下图所示：该复位电路由R1，C3和开关K组成，当开关K断开时，C3两端电压较高，单片机RST端则为高电平，而当开关K闭合时，RST端接地，变为低电平，此时单片机复位。（2）蜂鸣器驱动电路由于无需较大的控制音量，采用三极管组成的蜂鸣器驱动电路即可满足发声需求，电路如图2所示，电路由蜂鸣器、三极管、电阻R13和R15组成。图2蜂鸣器驱动电路（3）按键扩展电路独立式按键：采用7个单独键K1-K7及1个音阶键K8，3个状态实现21个音阶，曲目选择键K9、K10、K11，功能切换键K12（手动、自动切换）。描述各个按键的功能如下：K1-K7：手动演奏7个八度音的音乐，按键按下持续的时间控制音长。K8:音阶键，按下一次K1-K7手动演奏音乐音阶改变，共3个状态能实现21个音阶。K9-K11:曲目选择键，3个按键分别对应3个乐曲。K12：功能选择键，切换手动演奏和自动播放。（4）时钟电路此系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。这个放大器外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中构成时钟电路。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍越快，运算速度也就越快。三、系统软件设计整个系统工作的流程图如下图所示：主程序初始化查询按键状态功能键P2.3=0?自动演奏程序取键值，查表取首地址YES读代码结束符取音长、音阶、音高音长送T0，开中断休止符音阶送T1音符结束切换键RES按下返回主程序手动演奏程序NO取键码，确定音阶查表确定T1初值开定时中断有键按下关闭扬声器返回主程序系统上电初始化，然后进入等待按键状态，按下K1-K7执行手动演奏功能，继续按下K8取音阶。如功能键K12按下，切换自动播放功能，执行自动演奏程序。复位键RES按下返回原程序。四、系统测试及仿真在protues软件中绘制系统原理图，如下图所示：在仿真的过程中，当文件导入到硬件后，当没有按下K12时候，在按下K1到K7情况下，依次发出七个音阶，按下K8音阶键后，按下K1到K7发音音阶改变，共有3个状态。按下K12后，按K9的时候，自动响起了第一首音乐，按下复位键回到初始状态，再按下K10时候响起第二首音乐，按下复位键回到初始状态，按下K11时候响起第三首音乐。复位键功能正常，按下复位键回到初始状态。五、结论经过几天的努力，简易电子琴的电路设计成功了。以单片机为基础的简易电子琴，运用了数字电子技术、单片机原理等基础电子有关知识。基于单片机原理的电子琴大大简化了以前传统的音乐产生电路，使得元件得到减少，生产成本降低而且性能也得到了提高。系统在仿真过程中较为顺利，各按键功能皆能实现，在播放音乐的时候，乐音较为流畅，，能实现预期的所有要求。