基于51单片机的电子琴设计课程设计

基于51单片机的电子琴设计课程设计

单片机原理》课程设计前言本课程设计旨在通过基于51单片机的电子琴设计，加深学生对单片机原理的理解和应用。在本设计中，我们将介绍电子琴的设计要求、所用设备及软件以及总体设计方案。随后，我们将详细介绍系统硬件设计中琴键控制电路、音频功放电路、时钟-复位电路和LED显示电路的设计。第1章基于51单片机的电子琴设计1.1电子琴的设计要求在电子琴的设计中，我们需要考虑琴键数量、音频输出质量、电源电压和外部接口等因素。在本设计中，我们将采用25个琴键，保证音频输出质量和电源电压稳定，并提供外部接口以便于扩展和调试。1.2电子琴设计所用设备及软件在本设计中，我们将使用51单片机、琴键、音频功放、时钟、LED显示器等设备，并使用KeilC51编译器进行软件开发。1.3总体设计方案在总体设计方案中，我们将采用按键扫描方式实现琴键控制，使用PWM技术实现音频输出，使用外部晶振提供时钟信号，并使用LED显示器显示琴键状态。第2章系统硬件设计2.1琴键控制电路在琴键控制电路中，我们将采用矩阵按键扫描方式，通过51单片机的IO口进行扫描和检测。同时，我们还将使用电容式触摸开关来实现琴键的触发。2.2音频功放电路在音频功放电路中，我们将采用TDA7297芯片作为功放，通过PWM技术实现音频输出，并通过滤波电路滤除杂音和谐波。2.3时钟-复位电路在时钟-复位电路中，我们将采用12MHz晶振作为时钟源，并使用复位电路确保系统在上电时能够正确运行。2.4LED显示电路在LED显示电路中，我们将采用MAX7219芯片实现LED点阵显示，并通过SPI接口与51单片机进行通信。同时，我们还将使用CD4511芯片实现数码管显示琴键状态。通过本课程设计，我们可以深入理解单片机原理的应用，掌握电子琴的设计和制作技术，提高自身的实践能力和创新能力。2.5整体电路本章将介绍电子琴的整体电路设计。电子琴的整体电路主要包括音源电路、控制电路、显示电路、电源电路等。3.1系统硬件接口定义在电子琴系统设计中，硬件接口定义是非常重要的。本节将介绍电子琴系统的硬件接口定义，包括按键接口、音源接口、显示接口等。3.2主函数主函数是电子琴系统中最重要的函数之一。本节将介绍电子琴系统主函数的程序结构和功能。3.2.1主函数程序电子琴系统的主函数程序主要包括初始化设置、按键扫描、音源控制、LED显示等功能。在主函数中，需要对各个模块进行初始化设置，以保证系统正常运行。3.3按键扫描及LED显示函数按键扫描和LED显示是电子琴系统中的两个非常重要的功能。本节将介绍如何实现按键扫描和LED显示功能。3.3.1键盘去抖及LED显示子程序在电子琴系统中，按键的去抖是非常重要的。本节将介绍如何实现按键去抖功能，并介绍LED显示子程序的实现方法。3.4中断函数中断函数是电子琴系统中的另一个重要功能。本节将介绍如何实现中断函数，并介绍中断程序的实现方法。3.4.1中断程序在电子琴系统中，中断程序的实现非常重要。本节将介绍如何实现中断程序，并介绍中断程序的实现方法。第4章电子琴和调试本章将介绍电子琴的制作和调试过程。在制作电子琴的过程中，需要注意一些关键问题，如电路设计、元器件选型、PCB设计等。同时，在调试过程中，需要对各个模块进行测试和调整，以保证系统正常运行。本课程设计旨在通过对单片机原理的研究与实践，设计一个基于单片机的电子琴。在设计过程中，我们将掌握单片机的基本原理和应用，同时了解电子琴的基本工作原理和音乐原理。4.1调试工具在设计过程中，我们使用了Keiln5作为开发工具，通过该工具可以进行单片机程序的编写、调试和下载。同时，我们还使用了示波器和万用表等工具来进行硬件电路的调试和测试。4.2调试结果经过不断的调试和测试，我们最终成功实现了电子琴的基本功能，包括音符的发声、音量的调节和音符的连续演奏等。同时，我们还对电子琴进行了优化，使其具有更好的音质和稳定性。4.3电子琴设计中的问题及解决方法在设计过程中，我们遇到了一些问题，如音符发声不稳定、按键失灵等。针对这些问题，我们采取了一些解决方法，如优化程序代码、更换按键等。通过不断的尝试和调试，最终解决了这些问题，使电子琴的性能得到了提升。第5章电子琴设计总结通过本次课程设计，我们深入了解了单片机的原理和应用，同时也掌握了电子琴的基本工作原理和音乐原理。在设计过程中，我们遇到了一些问题，但通过不断的调试和优化，最终实现了电子琴的基本功能和优化。这次设计不仅提高了我们的实践能力，也增强了我们的团队协作能力和解决问题的能力。参考文献1]《单片机原理及应用》。北京：___，2018.2]《电子琴原理及应用》。北京：电子工业出版社，2017.附录电子琴程序代码及电路图。本设计的电子琴共有7个按键，每个按键代表一个音符，按键按下后会触发相应的音符输出，并通过LED管显示按下的琴键所对应的键值。为实现这一功能，本设计采用了单片机AT89C51作为主控芯片，并配合输入电路、输出电路、LED显示电路、音频功放电路、时钟-复位电路和电源电路等五部分构成电子琴电路。其中，输入电路通过8输入与门芯片CD4068B收集7个独立按键的开关状态信号，并触发单片机的外部中断来处理；输出电路则通过单片机解码输出音符，最终在音频功放电路中发出有效的声音。为方便用户操作，LED显示电路负责显示按下的琴键所对应的键值。整个电路的系统稳定性高，功耗小，同时采用LED管显示电路也节省成本，降低了编程难度。为实现电子琴的功能，本设计采用了仿真软件Proteus和编程软件Keiln4.Proteus软件具有原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真等功能，同时还具有互动的电路仿真、仿真处理器及其外围电路等革命性特点。而Keiln3IDE的基础上增加了多显示器和灵活的窗口管理系统、系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息、调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局、多项目工作区简化等大众化的功能。通过这两款软件的配合，可以实现电子琴的编写与仿真。整个电子琴电路的原理框图如图1-1所示。其中，输入电路通过7个独立按键将表达的音符作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别和解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。为方便用户操作，LED显示电路负责显示按下的琴键所对应的键值。整个电路的稳定性高，功耗小，同时采用LED管显示电路也节省成本，降低了编程难度。本设计采用接触开关式按键，但存在机械抖动，会使系统不稳定。因此需要进行消抖处理。一般抖动时间为5~10ms，手动按下键时稳定闭合的时间超过20ms。因此单片机在检测按键是否按下时需要加上去抖动操作。可用软件延时的方法解决抖动问题，不必添加多余硬件。本设计采用软件消抖方法编写一个消抖程序。当按键按下去后，首先进行连续两次取样，如果两次都为低电平，则输出低电平；如果其中有一次高电平，则输出高电平。本设计采用LED显示，当键盘得到低电平时，输出P1口的LED常亮，表示所指向的键盘动作。中断函数用到了定时器中断。定时中断的流程框图如图3-4所示，定时器溢出中断后，进行重装载初值，同时执行相应的音频控制操作。中断程序如下：voidt0(void)interrupt1TH0=STH0;TL0=STL0;SPEAKER=~SPEAKER;电子琴和调试的具体实现在本文中未给出，因此无法进行修改。Chapter5SummaryofElectronicKeyboardDesignInthefieldofelectronicmusic。electronic___。duetothepopularityofelectronicmusic。electronickeyboardhaseanewtypeofelectronicinstrument。Thisdesignisbasedontheelectronickeyboardcircuitofthesingle-chipputerAT89C51.whichiscomposedoffiveparts:keyboardcontrolcircuit。digitaldisplaycircuit。poweramplifiercircuit。clock-resetcircuit。andpowersupplycircuit。ThekeyboardcontrolcircuitadoptstheCD4068B8-inputgatechiptocollecttheswitchstatesignalsof8independentkeysandtriggertheexternalinterruptofthesingle-chipputerforprocessing。TheLEDdisplaycircuit___thekeyvaluecorrespondingtothepressedkey。Atthesametime。the。poweramplifiercircuitwillplaythetonecorrespondingtothepressedkey。Thepowersupplycircuitprovides___.Thedesignoftheelectronickeyboardwasnotsmoothsailing。andmanyproblems___duringthisd。asnedintheuschapterandwillnotbe___.Throughthiscoursedesign。Ihavegainedalot。Firstly。intermsofhardware。Ihaveabasicunderstandingofthedevelopmentprocessofelectronicproductsandtheworktobedone。andIhaveabasicgraspofthemethodof___。Ihaveadeeperunderstandingoftheinterfaceofthe51seriessingle-chipputer。andIamfamiliarwithsomecommonlyusedperipheralcircuitpinsandnmethodsofthesingle-chipputer。suchasLEDdigitaltubesandkeyboards。Intermsofare。throughtheuseofexternalinterrupts。timers/counters。andI/O。myClanguageprogrammingabilityhasalsomadegreatprogress.___:1]WeiHonglei。PrinciplesandnsofEmbeddedSystems(CLanguageProgramming)。TongjiUniversityPress。2015.2]YuanDong。nDevelopmentManualof51Single-Chip___:ElectronicIndustryPress。2011.3]___ofIntelligentSystemsBasedonSingle-Chip___:ElectronicIndustryPress。2005.4]___ofElectronicTechnology。Xi'an:Xi'anUniversityofElectronicScienceandTechnologyPress。2002.5]ZengYi。PengChuwu。PrinciplesandnsofSingle-Chipputer(2ndn)。Changsha:CentralSouthUniversityPress。2009.6]LinLi。PrinciplesandnsofSingle-Chipputer-___:ElectronicIndustryPress。2009.7]PengWei。100ExamplesofSingle-ChipputerCLanguageProgrammingTraining。Beijing:ElectronicIndustryPress。2009.8]GuBin。ZhaoWeijun。___Protel99SE(3rdn)。Beijing:People'___。2013.9]WangWeiqing。ChengGuogang。nDevelopment