简易电子琴的设计.docx
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简易电子琴的设计.docx
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简易电子琴的设计
东北石油大学
课程设计
课程单片机课程设计
题目简易电子琴设计
院系电气信息工程学院测控系
专业班级测控技术与仪器二09-1班
学生姓名刘鑫
学生学号0906********
指导教师刘霞路敬祎
2011年4月6日
东北石油大学课程设计任务书
课程单片机课程设计
题目简易电子琴设计
专业测控技术与仪器姓名刘鑫学号0906********
一、任务
设计一款基于AT89S51单片机的简易电子琴,实现利用所给键盘的八个键,能够发出8个不同的音调。
二、设计要求
[1]利用所给键盘的八个键,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。
[2]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。
[3]写出详细的设计报告、给出全部电路和源程序。
三、参考资料
[1]张毅刚,彭喜元,单片机原理与应用[M].北京:
高等教育出版社,2007.10
[2]张毅刚,MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版,1999.
[3]李广弟,单片机基础[M].北京:
北京航天航空大学出版社,2001.
[4]杨振江,智能仪器与数据采集系统的新器件及应用[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2001.
[5]彭介华,电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社,1997.
完成期限2011.3.28至2011.4.8
指导教师刘霞路敬祎
专业负责人曹广华
2011年3月28日
第1章绪论3
1.1电子琴概述3
1.2简易电子琴技术状况3
1.3本设计任务4
第2章总体方案论证与设计5
2.1总体硬件组成框图5
2.2播放模块5
2.3按键控制模块5
第3章系统硬件设计6
3.1中心控制模块的硬件设计6
3.2播放模块的硬件设计7
3.3按键控制模块的硬件设计7
第4章系统的软件设计8
4.1整体软件流程8
第5章系统调试与测试结果分析9
5.1使用的仪器仪表9
5.2系统调试9
5.3测试结果9
结论10
参考文献11
附录1程序12
附录2仿真效果图14
第1章绪论
在电子音乐领域,自从20世纪末期MIDI(乐器数字化接口)推出和逐步规范化后,各种乐器及众多数码音视频产品中采用MIDI技术已逐渐成为一种潮流。
但是当前各厂商的电子琴产品通常使用自己设计的专用音源,并且软硬件均不对外公开,阻碍了MIDI技术的交流。
在开发基于MIDI模块的音乐发生器的过程中,进行了用单片机控制通用MIDI音源模块的相关功能制作电子琴的实践,制作出具有8个按键的MIDI电子琴,该琴支持单音和复音弹奏,单片机以标准的MIDI波特率传送信息,通过串口连接蜂鸣器,从而获得优美的乐音。
1.1电子琴概述
键盘乐器,采用半导体集成电路,对乐音信号进行放大,通过扬声器产生音响。
发音音量可以自由调节。
音域较宽,和声丰富,甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果,表现力极其丰富。
它还可模仿多种音色,甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音(如人声,风雨声等)。
另外,电子琴在独奏时,还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏,适合于演奏节奏性较强的现代音乐。
另外,电子琴还安装有混响、回声、延长音、震音和颤音等多项功能装置,表达各种情绪时运用自如。
电子琴是电声乐队的中坚力量,常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。
还常作为独奏乐器出现,具有鲜明时代特色。
但电子琴的局限性也十分明显:
旋律与和声缺乏音量变化,过于协和、单一;在模仿各类管、弦乐器时,音色还不够逼真,模仿提琴类乐器的音色时,失真度更大,还需要不断改进。
电子琴的演奏有较大一部分是通过自动和弦伴奏来配合完成的,在音乐中和弦的连接推动了旋律地进行,不同的和声连接,形成了不同的音乐色彩。
1.2简易电子琴技术状况
本次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的电子琴。
本方案以AT89C51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。
根据使用者的操作随意弹奏想要表达的音乐。
一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号。
1.3本设计任务
利用所给键盘的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。
如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下,则启用中断系统,前面键的发音停止,转到后按的键的发音程序,发出后按的键的音。
第2章总体方案论证与设计
2.1总体硬件组成框图
本系统采用单片机AT89C51为电子琴的控制核心,系统主要包括播放模块、按键控制模块。
下面对各模块的设计逐一进行论证比较。
播放模块
喇叭
中心控制模块
AT89C51
按键控制模块
按键状态
图2-1总体硬件组成框图
2.2播放模块
播放模块是喇叭构成。
它几乎不存在噪声,音响效果较好。
而且由于所需驱动功率较小,且价格低廉,所以,被广泛应用。
2.3按键控制模块
电子琴设有8个按键,其中7个作为音符输入,另外1个作为模式转换按键,实现用户自弹作曲。
7个按键分别代表7个音符,包括中音段的全部音符。
通过软硬件设计,模式转换按键触发外部中断,中断使程序跳转,实现模式转换,启动电子琴。
然后通过查询电子琴所按下的按键,读取电子琴输入状态,跳转到对应的程序人口,实现自编歌曲。
当需要取消电子琴编曲功能时,再次按下模式转换按键引起外部中断.即可退出电子琴功能而返回原来按键播放处。
第3章系统硬件设计
为使该模块化简易电子琴系统具有更加方便和灵活性,对系统的硬件做了精心设计。
硬件电路包括发声模块、按键模块、单片机晶振模块等三大模块。
3.1中心控制模块的硬件设计
本次设计中中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。
其中P1口作为输入口,连接蜂鸣器驱动电路,而P2口连接按键控制电路,从而实现播放音乐的功能。
要使单片机工作起来,最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成,单片机最小系统如图3-1所示。
时钟电路:
本系统采用单片机内部方式产生时钟信号,用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容,构成稳定的的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。
复位电路:
确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。
单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。
本设计采用手动按键复位,该复位方式同样具有上电自动复位功能。
图3-1 单片机最小系统
3.2播放模块的硬件设计
如图3-2所示,播放模块其实就是喇叭,它接到P1.0口上当有按键按下时,它就会发出声音。
图3-2播放模块硬件连接图
3.3按键控制模块的硬件设计
在P2口十连有8个按键并加有8个拉电阻.它们一端接5V电源,一端接地.在仿真时,只要有一个键被按下,并被单片机扫描到,则会使播放器发出声音。
如图3-3所示:
图3-3按键控制模块的硬件连接图
第4章系统的软件设计
软件是该电子琴控制系统的重要组成部分,在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计,将系统的各部分功能编写成子模块的形式,这样增强了系统软件的可读性和可移植性。
4.1整体软件流程
本系统主程序流程如图4-1所示。
图4-1软件程序流程图
第5章系统调试与测试结果分析
5.1使用的仪器仪表
单片机仿真器
5.2系统调试
根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:
硬件调试,软件调试和软硬件联调。
由于在系统设计中采用模块设计法,所以方便对各电路模块功能进行逐级测试:
中心控制模块的调试,音乐播放模块的调试,按键控制模块的调试等,最后将各模块组合后进行整体测试。
5.2.1硬件调试
对各个模块的功能进行调试,主要调试各模块能否实现指定的功能。
5.2.2软件调试
软件调试采用单片机仿真器及微机,将编好的程序进行调试,主要是检查语法错误。
5.2.3硬件软件联调
将调试好的硬件和软件进行联调,主要调试系统的实现功能。
5.3测试结果
此次系统设计结果较好,分别播动8个按键会发出8种高低不同的声音,如果送入音乐程序,则会播放歌曲。
结论
本方案以AT89C51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。
用单片机控制播放模块和按键控制模块制作出的电子琴,结构简单,可靠性高,并且价格低廉,具有实用的价值。
在实际操作时,可以利用不同的频率组合构成想要的音乐。
这种电子琴能够支持单音和复音弹奏,如果与高品质的音源芯片连接,音质更可与高档电子琴相媲美。
参考文献
[1]张毅刚,彭喜元,单片机原理与应用[M].北京:
高等教育出版社,2007.10
[2]张毅刚,MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版,1999.
[3]李广弟,单片机基础[M].北京:
北京航天航空大学出版社,2001.
[4]杨振江,智能仪器与数据采集系统的新器件及应用[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2001.
[5]彭介华,电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社,1997.
附录1程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG000BH
LJMPINT_T0
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H;初始化堆栈指针
MOV30H,#00;定时器初值清零
MOV31H,#00
MOVP1,#0FFH;设置P1口为输入模式
MOVTMOD,#01H;设置定时器0为工作模式1
SETBET0;开定时器0中断
SETBEA;开总中断
CLRTR0;关闭定时器0
START:
MOVR0,P2
CJNER0,#0FFH,KEY1;键盘扫描
CLRTR0
SJMPSTART
KEY1:
CJNER0,#0FEH,KEY2;K1键按下
MOV30H,#0FBH;设置音阶1
MOV31H,#0E9H
LJMPSET_TIMER
KEY2:
CJNER0,#0FDH,KEY3;K2键按下
MOV30H,#0FCH;设置音阶2
MOV31H,#5CH
LJMPSET_TIMER
KEY3:
CJNER0,#0FBH,KEY4;K3键按下
MOV30H,#0FCH;设置音阶3
MOV31H,#0C1H
LJMPSET_TIMER
KEY4:
CJNER0,#0F7H,KEY5;K4键按下
MOV30H,#0FCH;设置音阶4
MOV31H,#0EFH
LJMPSET_TIMER
KEY5:
CJNER0,
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