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河南理工大学
《单片机应用与仿真训练》设计报告
模拟电子琴发声控制系统
姓 名： 郭胜 专业班级： 自动化10-6 指导老师： 胡治国 所在学院： 电气工程与自动化学院
2013年 1 月16 日
摘要
本设计是基于AT89C51单片机的电子琴制作。该设计利用单片机定时器0来产生可变频率的方波信号用以推动喇叭发出不同频率的声音。并使用LED数码管显示相关信息，用于选择电子琴的不同功能，同时采用7个发光二极管作为各音级的同步显示信号。板子共有10个按键，其中7个用于音级的输入，另外三个在不同阶段分别作为控制信号和低中高音选择信号输入端。通过按按键向单片机输入音级信息，单片机根据音级信号对定时器0产生的方波信号进行分频，从而产生具有一定频率的方波信号，驱动喇叭发出对应音级的声音。 本电子琴可实现三种功能：弹奏，播放和游戏。其中弹奏时按键1~7用于音级的输入，按键8~10作为低中高音的选择信号，7位发光二级管作为按键的指示信息；播放功能可以播放一首预先植入的歌曲，7位发光二级管作为音级同步显示信号，根据播放音乐的旋律对应点亮；游戏功能时，7位发光二级管作为指示信号，分别显示本次应键入的音级和发声的长度，从而实现在单片机的引导下正确弹奏一首曲子。
在设计过程中，先根据预想到的电子琴的功能，选择所需要的元件，然后利用proteus画原理图，并仿真检验其电气性能是否满足硬件要求，然后根据原理图焊板子，并编写检验程序检测硬件是否有问题，没有问题后再编写电子琴程序，经反复调试后得到自重的程序，经检验本电子琴完全更够实现预期的功能。
关键词：单片机、电子琴、音级、分频，节拍
目录
1 概述 .............................................................................................................................................. 1
1.1 电子琴概述 ........................................................................................................................ 1 1.2 电子琴系统原理 ................................................................................................................ 1 1.3 设计任务及要求 ................................................................................................................ 1 2 系统总体方案及硬件设计 ........................................................................................................... 2
2.1硬件组成 ............................................................................................................................. 2
2.1.1 AT89S52简介 .................................................................................................. 2 2.1.2 音乐播放部分 ................................................................................................. 3 2.1.3电子琴弹奏部分 .............................................................................................. 3
2.2 具体发音原理 .................................................................................................................. 3 2.3各部分电路 ......................................................................................................................... 4
2.3.1晶振 .................................................................................................................. 4 2.3.2复位电路 .......................................................................................................... 4 2.3.3按键 .................................................................................................................. 5
3 软件设计....................................................................................................................................... 6
3.1流程图 ................................................................................................................................. 6 3.2 主程序代码 ........................................................................................................................ 7 4、Proteus软件仿真 ........................................................................................................................ 7 5 课程设计体会 ............................................................................................................................... 7
单片机课程设计
1 概述
1.1 电子琴概述
电子琴又称作电子键盘，属于电子乐器(区别于电声乐器)，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（如合唱声，风雨声，宇宙声等）。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。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。本文利用AT89C51 单片机的强大功能，通过软件产生不同频率的声音信号，在扬声器中发出7个音级。可以弹奏出不同的曲子。 1.2 电子琴系统原理
由于一首音乐是许多不同的音级组成的，而每个音级对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们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，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。不同的音级与一定的节拍组合在一起形成一定的曲调，因此只要用单片机I／0口，通过软件，控制其输出信号的频率，就能控制器输出音级，通过不同音级和节拍的组合就可以产生曲调。乐曲中每一音符对应着确定的频率。如果单片机某个口线输出“高～低”电平的频率和某个音符的频率一样，那么将此口线接上喇叭就可以发出此音。 1.3 设计任务及要求
本系统分为三个部分，一个是音乐播放，另一个是电子琴弹奏，还有游戏功能。通过上电功能选择操作后，就能实现各个功能。本系统利用喇叭作为发声部件，播放功能可以播放一首预先植入的歌曲，7位发光二级管作为音级同步显示信号，根据播放音乐的旋律对应点亮；当进行弹奏时，按键1~7用于音级的输入，按键8~10作为低中高音的选择信号，7位发光二级管作为按键的指示信息；游戏功能时，7位发光二级管作为指示信号，分别显示本次应键入的音级和发声的长度，从而实现在单片机的引导下正确弹奏一首曲子。
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