电子琴毕业设计

主要内容、根本要求、主要参考资料等：设计一个电子琴，要求具有以下功能：〔1〕利用查询式键盘，数字键1、2、3、4、5、6、7、8作为电子琴按键，按键按下时发出1、2、3、4、5、6、7、1的声音。〔2〕利用定时器,可以发出不同频率的脉冲,不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后,就会发出不同的音调。参考资料：【1】?单片机原理及接口技术?--第二版主编李全利高等教育出版社【2】?80C51单片机实践与应用{M}?--第一版主编吴金戌，沈庆阳，郭庭吉清华大学出版完成期限：2021-12-07指导教师签名：课程负责人签名：年月日郑州华信学院课程设计说明书题目：简易电子琴设计姓名：尚玉莎院〔系〕：机电工程学院专业班级：09电气工程一班学号：0902120210指导教师：宋东亚成绩：时间：年月日至年月日目录TOC\o"1-2"\u摘要 4引言 4一方案选取 5二原理及结构 62.1设计简单原理介绍 62.2设计结构图 62.3单片机的外部引脚简要说明 7三硬件设计 93.1键盘控制模块 9四软件设计 104.1软件流程图 10五软、硬件调试过程 115.1硬件操作步骤 115.2软件操作步骤 12六源程序 126.1源程序 12参考文献 14附录 15总结 16摘要随着现代电子技术的开展，涌现出了很多电子产物，其中电子琴就是其一，本报告设计一个基于单片机的简易电子琴。电子琴作为科技与音乐的产物，在信息化与电子化的时代，为音乐的群众化做出了不可磨灭的奉献，现在歌曲的制作，很多都需要电子琴来完成，因此它在现代音乐扮演着重要的角色。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，成为不可替代的一局部。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8个按键，和一个复位按键本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，程序简单易懂，控制系统可靠，性价比拟高等，因此具有一定的实用和参考价值。关键词：电子琴、键盘、频率引言单片机作为微型计算机的一个很重要的分支，自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，因此应用广泛，开展迅速。相对而言，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，并且价格低廉、可靠性高、灵活性好，开发较为容易。目前，在我国，单片机已经广泛地用于智能仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。在电子音乐领域，自从20世纪末期MIDI〔乐器数字化接口〕推出和逐步标准化后，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。作者在开发基于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一方案选取通过对单片机系统的学习和认识，我认识到通过8051单片机p1输入到系统，可以完成此简易电子琴的任务，使用80C51单片机做此电子琴是我们的不二选择，因为在我们的课程学子中，了解和接触最多的就是80C51，别的型号的芯片我们不熟，所以80C51是个很好的选择。乐音实际上是有固定周期的信号，我们可以用80C51的一个定时器〔如T0〕控制，在P1.0脚上输出方波周期信号，产生乐音。根据不同的按键，调节T0的溢出时间，可输出不同频率的乐音，单片机因其体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。本设计介绍用8051单片机设计微型电子琴的方法，仅需80C51最小系统，扩展一组小键盘，再加一个音频小功放，输出到扬声器。这样就做出了一台微型电子琴。二原理及结构2.1设计简单原理介绍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，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。假设要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期〔1/频率〕，再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。利用8051的内部定时器使其工作计数器模式1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO〔523Hz〕。计数脉冲值与频率的关系式如下：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是想要产生的频率。表2.1频率与音符对照表音符中DO中RE中MI中FA中SO中LA中SI高DO频率5235876596987848809881046初值64580646846477764820648986496865030650582.2设计结构图8051单片机根据不同的琴键产生不同的乐曲音符，并经过信号放大，由喇叭放出。系统整体方案如下图：琴键电路放大电路琴键电路放大电路P0.0P0.7P0.0P0.7P1.0单片机单片机图2.1系统原理框图2.3单片机的外部引脚简要说明此次设计应用的单片机为80C51，设计中主要应用了它的P0口、复位RST口、片选口、外接晶振引脚和P1.0口，单片机8051的外部引脚配置如图3.2所示:图2.251系列的外部引脚配置VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流〔ILL〕这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口也可作为8051的一些特殊功能口，如下表所示：表2.1P3口的第二功能P3口引脚第二功能P3.0RXD〔串行口输入〕P3.1TXD〔串行口输出〕P3.2INT0〔外部中断0输入〕P3.3INT1〔外部中断1输入〕P3.4T0〔定时器0外部脉冲输入〕P3.5T1〔定时器1外部脉冲输入〕P3.6WR〔外部数据存储器写脉冲输出〕P3.7RD〔外部数据存储器读脉冲输出〕三硬件设计本电子琴设计模块主要包括键盘控制模块。3.1键盘控制模块电子琴设有8个按键，8个按键分别代表8个音符，从中DO到高DO，通过软硬件设计，按某个键触发外部中断，中断使程序跳转，启动电子琴，使喇叭发出各个音符的声音，此系统琴键输入是通过独立式键盘来完成的。由于8051单片机的八位I/O口足以能实现控制C调各音阶的输出，并且独立式键盘的编程容易易懂，结构简单，实现起来方便，而且每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，所以采用独立式键盘。P0.0~P0.7口分别对应琴键1~7输入，如下列图所示：图3.1键盘电路图四软件设计4.1软件流程图本系统中下位机〔单片机80C51〕的主要功能就是实现音乐播放功能。其主程序流程如图4.1和图4.2所示。否否图4.1主程序框图否是是是否开始读入键值用键值查表得到音频相关数据启动定时开始发声1<键值<7按键已松开检测键输入按音频数据设置定时器关闭定时停止发声定时中断定时中断停止计时输出音频脉冲电平(高或低)音频脉冲电平反转保护现场恢复现场中断返回图4.2图4.2定时中断程序框图五软、硬件调试过程5.1硬件操作步骤利用实验仪上提供的键盘，使数字键1、2、3、4、5、6、7、8作为电子琴按键，按下即发出相应的音调。用3.2口发出音频脉冲,驱动喇叭。1、单片机最小应用系统1的P1口接查询式键盘，单片机INT0口接音频驱动电路。2、用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真器插到模块的锁紧插座中，请注意仿真器的方向：缺口朝上。3、翻开KeiluVision2仿真软件，首先建立本实验的工程文件，接着添加电子琴.ASM源程序，进行编译，直到编译无误。4、进行软件设置，选择硬件仿真，选择串行口，设置波特率为38400。5、翻开模块电源和总电源，点击开始调试按钮，点击RUN按钮运行程序。按查询式键盘的1～8键，扬声器发出上下不同的声音。5.2软件操作步骤1、使用Professional软件画出电路图〔如附录所示〕。2、翻开KeiluVision2仿真软件，首先建立本实验的工程文件，接着添加电子琴.ASM源程序，进行编译，直到编译无误。3、进行软件设置，添加ASM源程序，进行编译直至没有出现错误。4、点击按钮进行程序。5、按电路图中的8个键盘按钮。六源程序6.1源程序Pulseequ10h；脉冲PulseCNTequ50h；脉冲计数ToneHighequ40h；高音调ToneLowequ41h；低音调Toneequ42h；音调KeyBufequ54hSpeakerBITP3.2ORG0000HljmpStartorg000bh LJMPTimer0Int ORG0030HTimer0Int:；定时中断pushPSWclrTR0movTH0,ToneHighmovTL0,ToneLowsetbTR0movC,PulsemovSpeaker，CCPLPulsepopPSWretiToneTable:dw64578,64686,64778,64821DW64898,64968,65029,65069TestKey:MOVP1,#0FFHMOVA,P1；读入键状态retKeyTable:DB0FEH，0FDH，0FBH，0F7H；键值表DB0EFH，0DFH，0BFH，07FHGetKey:MOVR6,#10ACALLDELAYMOVA，P1CJNEA，#0FFH，K01；确有键按下LJMPMLOOPK01：MOVR3，#8；8个键MOVR2，#0；键码MOVB，A；暂存键值MOVDPTR，#K0TABK02：MOVA，RMOVCA，@A+DPTR；从键值表中取键值CJNEA，B，K04；键值比拟MOVA，R2；得键码RETK04：INCR2；不相等，到继续访问键值表MOVA，#0FFH；键值不在键值中，即多键同时按下LJMPMLOOPDelay:movr7,#0；延时子程序DelayLoop:djnzr7,DelayLoopdjnzr6,DelayretStart:movsp,#70hmovTMOD,#01；TimermovIE,#82h；EA=1,IT0=1movTone,#0MLoop:callTestKeyjzMLoopcallGetKeymovb,ajzMLoop；=0,<1anla,#16(10H)jnzMLoop；>7decbmova,brla；a=a*2movb,amovdptr,#ToneTablemovca,@a+dptrmovToneHigh,amovTH0,amova,bincamovca,@a+dptrmovToneLow,amovTL0,asetbTR0movP1，#OFFHWait:mova,P1CJNEA，#OFFH，WAITMOVR6，#10ACALLDELAYclrTR0ljmpMLoopend参考文献【1】?单片机原理及接口技术?--第二版主编李全利高等教育出版社【2】?80C51单片机实践与应用{M}?--第一版主编吴金戌，沈庆阳，郭庭吉清华大学出版附录电路图元器件表单片机AT89C51查询式键盘10K电阻〔8个〕扬声器总结经过两周的单片机课程设计，是我学习到了很多知