单片机课程设计电子琴-----按键演奏

目录一、课题名称...................................................................................................................................1二、设计内容概要...........................................................................................................................1三、设计任务和要求.......................................................................................................................1四、系统设计方案...........................................................................................................................14.1系统设计思路...................................................................................................................14.2系统总体的组成框图.......................................................................................................1五、系统硬件设计及说明...............................................................................................................25.1系统控制模块AT89C51....................................................................................................25.2琴键控制模块...................................................................................................................25.3播放模块...........................................................................................................................3六、系统软件设计及说明...............................................................................................................36.1设置单片机产生音频脉冲的初值...................................................................................36.2实验主要程序...................................................................................................................46.3系统总体功能流程图.......................................................................................................5七、系统调试...................................................................................................................................67.1使用的主要仪器和仪表...................................................................................................67.2调试步骤...........................................................................................................................67.3测试数据...........................................................................................................................77.4故障与排除.......................................................................................................................7八、课设答辩...................................................................................................................................7九、课设小结...................................................................................................................................8参考文献...........................................................................................................................................8附录..................................................................................................................................................91一、课题名称电子琴设计——按键演奏二、设计内容概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、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有8个按键和扬声器。三、设计任务和要求任务：设计并实现按键演奏电子琴要求：利用数字键1、2、3、4、5、6、7、8作为电子琴键，按下数字键发出相应的音调。四、系统设计方案4.1系统设计思路利用所给单片机实验仪中键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下按键发声，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。当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。4.2系统总体的组成框图本系统采用AT89C51为电子琴控制中心，系统主要包括主控制模块、琴键控制模块、播放模块。如图1所示：AT89C51控制中心模块琴键控制模块按键状态响应播放模块发出音调图1系统总体的组成框图2五、系统硬件设计及说明5.1系统控制模块AT89C51图2AT89C51的引脚图AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。P0口：漏极开路的双向I/O口。当使用外部存储器时（ROM或RAM）时，作为地址和数据总线分时复用。在程序效验时，输出指令字节（这时需加外部上拉电阻）。作为总线时P0口能驱动8个LSTTL负载。P1口：准双向I/O口，具有内部上拉电阻，是通用的I/O口。在编程/校验时，用作输入低位字节地址，P1口可驱动4个LSTTL负载。P2口：准双向I/O口，具有内部上拉电阻，是通用的I/O口。让使用片外存储器（ROM或RAM）时，输出高8位地址。在编程/校验时，接收高位字节地址。P2口可驱动4个LSTTL负载。P3口：准双向I/O口，具有内部上拉电阻，是通用的I/O口。P3口可驱动4个LSTTL负载。同时P3口还具有第二个功能，在使用第二个功能时，其输出锁存器应由程序置1。5.2琴键控制模块琴键的按键选用的XL2000的JP37独立按键模块，此8个独立的按键开关按下为低电平。如图3所示：3图3按键控制模块5.3播放模块扬声器是一种把电平转变为声信号的换能器件，扬声器和性能对音质的高低音响很大。扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式、静电式、电磁式、压电式等几种，后两种多用于农村有线广播网中，按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。在本次课程设计使用XL2000中JP16小喇叭模块。如图4所示：图4播放模块六、系统软件设计及说明6.1设置单片机产生音频脉冲的初值音乐实际上是有固定周期的信号，通过单片机的定时器的设置可以产生相应音频的音调。产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐，对于单片机而言，产生不同频率有脉冲非常方便，可以利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号，因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。在本实验中，单片机工作于12MHZ时钟频率，使用其定时/计数器T1，工作模式为1，改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号，在此情况下，C调的各音符频率与计数值T的对照如下表1所示。其计算方法如下：计数脉冲值与频率的关系式是：N＝fi÷2÷fr式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的音调的频率。其计数初值T的求法如下：4T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO（262Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr低音DO的T＝65536－500000/262＝63627；中音DO的T＝65536－500000/523＝64580；高音DO的T＝65536－500000/1046＝65058。表1音符频率与计数值T的对照表音符频率（HZ）计数值（T值）TLTH音符频率（HZ）计数值（T值）TLTH低1DO262636270x8B0xF8#4FA#740648590x5B0xFD