基于单片机的电子琴设计.docx
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基于单片机的电子琴设计
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
学生学号
专业名称
指导教师
2013年 12 月15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,且能手动演奏八度音的高低音,音色纯真。
2、演奏不同的音时,数码管有对应的显示。
3、功率不大于500mw,音质悦耳,无失真。
摘要
随着社会的发展进步,音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分,有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。
我们都会抽空欣赏世界名曲,作为对精神的洗礼。
本论文设计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、自动放音功能等等也很好奇。
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AT89S52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。
1、系统总体设计
该设计要实现一种由单片机控制的电子琴,单片机工作频率为11.0592MHZ,使用其定时/计数器T0,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。
该设计具有16个音节的键盘,用户可以根据乐谱在键盘上进行演奏,音乐发生器会根据用户的弹奏,通过扬声器将音乐播放出来。
由于本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的,所以节拍由用户掌握,不由程序控制。
如图1所示系统总体框图。
图1系统总体框图
2、系统硬件设计
(1)系统复位电路
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
无论是在单片机刚开始接上电源时,还是断电后或者发生故障后都要复位。
根据实际情况选择如图2所示的复位电路。
图2系统复位电路
(2)系统晶振电路
AT89S52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器及电容C按图2所示方式连接。
晶振、电容C1/C2及片内与非门(作为反馈、放大元件)构成了电容三点式振荡器,振荡信号频率与晶振频率及电容C1、C2的容量有关,但主要由晶振频率决定,范围在0~33MHz之间,电容C1、C2取值范围在5~30pF之间。
根据实际情况,本设计中采用11.0592MHZ做为系统的外部晶振。
电容取值为30pF。
其接线如图3所示
图3晶振电路
(3)键盘扫描电路
对键盘扫描电路的扫描方式有行扫描法和线反转法,在此次程序编写中,采用行扫描法,通过在P10~P13上循环送出0扫描信号,P14~P17输入按键上的高低电平信息给单片机,经处理程序,判断出是哪个开关按下,并送主程序以实现不同功能,如下图4所示。
图4键盘扫描电路
(4)数码管显示电路
数码管显示模块核心是共阳级数码管,通过来自单片机I/O口的电平高低来点亮和熄灭数码管上的发光二极管,通过单片机送来的数码管显示编码可以在数码管上显示数字和字符,使应用人员可以很容易的理解按键按下所对应的音符,如下图5所示。
图5数码管显示电路
(5)蜂鸣器发声电路
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6所示。
图6蜂鸣器发声电路
3、系统软件设计
(1)在本实验中,单片机工作于11.0592MHZ时钟频率,使用其定时/计数器T0,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:
表4-2音符频率与计数值T的对照表
音符
频率(HZ)
计数值(T值)
音符
频率(HZ)
计数值(T值)
低1DO
262
63628
#4FA#
740
64860
#1DO#
277
63737
中5SO
784
64898
低2RE
294
63835
#5SO#
831
94934
#2RE#
311
63928
中6LA
880
64968
低3MI
330
64021
#6LA#
932
64994
低4FA
349
64103
中7SI
968
65030
#4FA#
370
64185
低1DO
1046
65058
低SO
392
64260
#1DO#
1109
65085
#5SO#
415
64331
高2RE
1175
65110
低6LA
440
64400
#2RE#
1245
65134
#6LA#
466
64463
高3MI
1318
65157
低7SI
494
64524
高4FA
1397
65178
中1DO
523
64580
#4FA#
1490
65198
#1DO#
554
64633
高5SO
1568
65217
中2RE
587
64633
#5SO#
1661
65235
#2RE#
622
64884
高6LA
1760
65252
中3MI
659
64732
#6LA#
1865
65268
中4FA
698
64820
高7SI
1967
65283
T的值决定了TH0和TL0的值,其关系为:
TH0=T/256,TL0=T%256
(2)系统总体功能流程图
如下图7所示为系统主程序流程图,首先进行键盘扫描,当有键按下时,就会对应的乐音并且在数码管上显示对应的字符。
图7系统总体功能流程图
(3)按键子程序流程图
如下图8所示为该按键子程序流程图,按矩阵键盘不同的按键发出不同乐音并且显示不同的字符。
图8按键子程序流程图
4、系统测试及调试
(1)系统上电后,开发板上显示如图9所示。
无按键时,数码管无显示。
图9上电时开发板状态
(2)当按下K0键时,蜂鸣器发出DO的低音,并且在数码管上显示字符0,如下图10所示。
图10DO低音数码管显示
(3)当按下K9键时,蜂鸣器发出Re的高音,并且在数码管上显示字符9,如下图11所示。
图11Re高音数码管显示
5、结论
本设计的电子琴播放乐音声音清脆优美、不失真,通过数码管显示不同字符表示不同乐音,使操作简单方便。
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