畢業(yè)設(shè)計---基于單片機的簡單電子琴設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題 目 基于單片機的簡單電子琴設(shè)計 </p><p>　　系（分院） 機械電子工程系 </p><p>　　學生姓名 </p><

2、p>　　學 號 </p><p>　　專業(yè)名稱 電子信息工程 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　基于單片機的簡單電子琴設(shè)計</p><p>　　摘 要：隨著社會的發(fā)展進步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人

3、曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設(shè)計一個基于單片機的簡易電子琴。</p><p>　　電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用AT89S52單片機為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電

4、路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機 電子琴 AT89S52</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計及說明</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)組成及總體框圖</p><p>　　硬件設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇的機型的基礎(chǔ)上，

5、具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。</p><p>　　該設(shè)計要實現(xiàn)一種由單片機控制的電子琴，單片機工作于12MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。該設(shè)計具有11個音節(jié)的鍵盤，用戶可以根據(jù)樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來。由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲

6、的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路。</p><p>　　本例使用國家半導體公司的低壓音頻功率放大器LM386來實現(xiàn)音頻功放電路。</p><p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　1.2顯示電

7、路</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，由于 LED是屬于電流控制器件，使用時必須加限流電阻。通過單片機查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來實現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。</p><p><b>　　二、 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1音樂相關(guān)知識&l

8、t;/b></p><p>　　樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調(diào)的樂音是用C、D、E、F、G、A、B表示的，這7個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。</p><p>　　音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫

9、停發(fā)音。</p><p>　　一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。</p><p>　　2.2如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍</p><p>　　除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。</p><p>　　節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以

10、用延時來實現(xiàn)，如果1/4拍的延時是0.4秒，則1拍的延時是1.6秒，只要知道1/4拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時/計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（C調(diào)）具體如下表：</p><p>　　表2

11、-1 音樂節(jié)拍表</p><p>　　2.3如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖</p><p>　　了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時/計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關(guān)系。</p><p>　　在本實驗中，單片機工作于12

12、MHZ時鐘頻率，使用其定時/計數(shù)器T0，工作模式為1，改變計數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值T的對照如下表：</p><p>　　表2-2 音符頻率與計數(shù)值T的對照表</p><p>　　T的值決定了TH0和TL0的值，其關(guān)系為：TH0=T/256，TL0=T%256</p><p>　　2.4系統(tǒng)總體功能流程圖&l

13、t;/p><p>　　圖2-1 主程序框圖 </p><p>　　按鍵子程序流程圖如下：</p><p>　　圖2-2 鍵盤子程序</p><p><b>　　三、 電路仿真</b></p><p><b>　　3.1仿真圖介紹</b&g

14、t;</p><p>　　單片機：P0 口對應(yīng)數(shù)碼管編碼輸出端；</p><p>　　P1.0 口做音樂信號輸出端；</p><p>　　P2 口做鍵盤掃描部分輸入輸出端。</p><p>　　鍵盤掃描：將16位開關(guān)通過矩陣連接，接出來四端接輸入口（P0.4~P0.7）用于鍵盤情況的輸入，另外四端接輸出口（P0.0~P0.3）用于給鍵盤掃描信

15、號。</p><p>　　數(shù)碼管顯示：在使用時一要接上拉電阻（這是有單片機P0口的物理特性決定的），二是要加限流電阻以使流進單片機的小于單片機所能承受的電流。</p><p>　　音樂處理：LM386將單片機P1.0口送過來的信號進行20倍的功率放大并送揚聲器進行音樂的播出。</p><p><b>　　3.2 仿真圖</b></p>

16、;<p><b>　　圖3.1 仿真圖</b></p><p>　　四、 PCB印制板制作</p><p>　　4.1 印制板制作的要求</p><p>　?。?）電源線、地線應(yīng)各設(shè)置一條總線；</p><p>　?。?）線寬盡可能的寬；</p><p>　?。?）應(yīng)減少軟線跳線的使

17、用；</p><p>　?。?）元器件排版要均勻，按模塊排版，防止各模塊信號干擾；</p><p>　?。?）銅箔線不可以產(chǎn)生銳角。</p><p>　　4.2 印制電路板圖</p><p>　　圖 4-1 主控電路PCB板圖</p><p>　　圖4-2 輸入按鍵電路PCB板圖</p><p>

18、;<b>　　五、 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。</p><p><b>　　5.1軟件仿真調(diào)試</b></p><p>　　軟件仿真調(diào)試主要是針對單片機部分進行調(diào)試。</p><p>　

19、　在軟件運行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。</p><p>　　在確保軟件仿真電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可進行軟件運行，在本次設(shè)計中，軟件運行主要是測試單片機鍵盤控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。</p><p>　　1、數(shù)碼管LED電路調(diào)試：

20、軟件運行，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字；</p><p>　　2、單片機鍵盤控制部分調(diào)試：軟件運行，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確。</p><p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試主要方法和技巧：</p><p>　　通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變

21、量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個程序都能平穩(wěn)運行，各個模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調(diào)試。</p><p><b>　　六、 調(diào)試結(jié)論</b></p><p>　　通過各方面努力，本次畢業(yè)論文任務(wù)完成，系統(tǒng)部分功能已實現(xiàn)。可以隨意演奏一首喜歡的曲子，并可以顯示在

22、數(shù)碼管上?；具_到預定的效果。畢業(yè)論文是?？茖W習階段一次非常難得的理論與實踐相結(jié)合的機會，通過這次系統(tǒng)的項目設(shè)計提高了我運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識來解決面臨實際問題的能力，同時也提高了我查閱各種文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及軟件編程排版的水平。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 趙鑫，蔣亮，齊兆群．數(shù)字電路設(shè)計[M]．北京機械工

23、業(yè)出版社，2005年6月第一版</p><p>　　[2] 蘇家健，曹柏榮，汪志鋒．單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M]．高等教育出版社</p><p>　　[3] 李朝青．單片機原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航天航空大學出版色，2001[4] 胡漢才．單片機原理及其接口技術(shù)[M]．北京：清華大學出版社，2004 </p><p>　　[5] 張靖武，周靈彬．單片