基于单片机的音乐电子琴设计.doc

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1、摘 要电子琴的出现可以追溯到几百年前，在这个几百年的过程中，它已经从庙堂之高飞入寻常百姓家，成为再普通不过的商品了。作为最受大众喜爱的微型电子琴，功能齐全人性化，价格也是非常令人满意，喜爱最深的当属初学者。嵌入式电子技术的大步迈进也间接带动了微型电子琴技术的向前发展，单片机、PLC还有FGPA各有各自的长处。一般说来，好的产品优势之处总是不谋而合，音色效果极佳；技术成熟，系统不会紊乱；价格低；接口齐全等都是优势之处。本次设计以STC89C52单片机为核心，除了单片机以外，系统还有三个模块：分别为键盘扫描模块，扬声器模块，和液晶显示模块。本设计综合运用了硬件和软件，在这些基础上设计了一款简易的音

2、乐电子琴，可以通过该设计实现对音乐的演奏。关键词：音乐电子琴；单片机；演奏ABSTRACT From the invention of the electric piano several hundred years ago to now, it has entered millions of households and become a popular commodity. Especially the miniature electronic keyboard, although it is cheap, but it is powerful, it is deeply loved by

3、 customers, especially those who just started to learn piano. With the development of embedded electronic technology, the development of the miniature electronic keyboard has become more and more mature, and the use of single-chip microcomputers, PLCs, and FGPA have their merits. But overall, the ou

4、tstanding products are similar, the first to produce high-quality sound effects, the second is mature technology, the system is stable, the third is low cost, and the fourth is good scalability.This design takes the STC89C52 MCU as the core. Besides the MCU, the system has three modules: the keyboar

5、d scanning module, the speaker module, and the liquid crystal display module. The design uses a combination of hardware and software. Based on these designs, a simple music keyboard is designed to enable music to be played through the design.Key words: Music Electronic organ; Single-chip computer; P

6、lay目 录第一章 绪论11.1研究现状11.2课题研究的目的和意义21.3国内外概况2第二章 硬件部分42.1 STC89C52单片机概述42.1.1晶振电路72.1.2复位电路82.2按键部分电路概述82.3 音阶设计原理102.4 Nokia5110显示简介122.5 miniplay音乐模块概述122.5.1主要功能及参数132.5.2实际应用13第三章 软件部分17第四章 硬件调试部分204.1常见的硬件故障204.2硬件调试方法20结束语24致 谢25附录A29附录B30三江学院2018届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1研究现状如今电子信息技术越来越发达，嵌入式技术也随之越

7、来越好，并且在很多领域内都得到了运用。在家庭电器、计算机、工业控制、基础设施、移动通信、军工、人工智能等等各个领域，都可以看到嵌入式技术的身影。随着高新技术的飞速发展，第四次工业革命即将到来，我国也将要走进“中国制造2025”，嵌入式设备作为电子技术皇冠上的明珠，也将越发闪耀。嵌入式系统的开发，是将程序下载到硬件中进行驱动，在新时代的要求下，嵌入式技术无论是在软件还是硬件方面都必须精益求精。电子琴，电子乐器的一种，类属于键盘乐器，因样式与风琴类似，又被称为“电子风琴”。上个世纪，美国籍发明家Cahill制造了这个约200t重的“怪物”，随后在越来越小的道路上一去不复返，也就越来越受到大众的喜爱

8、。其中的“红人”还当属哈蒙德风琴，最为厉害之处就是可以模仿各种乐器的声音，当然这跟其多套键盘的构造是分不开的。上个世纪六十年代以后，晶体管的出现渐渐取代了电子管的地位，世界也进入了晶体管的时代。电子琴也搭上了晶体管发展的快车，成为受惠的一员，当然，这也离不开集成电路技术的发展，电子琴在日趋小型化的道路上一骑绝尘。其功能也是越来越齐全，自动打击乐节奏、自动配置和声及分解和弦伴奏以及人工音响等等的各种功能都不在话下。十年以后，大规模集成电路的出现，将电子琴带入了一个新的时代，小型化和多功能化成为时代的主题。其工作原理如下：固体电路进行传导，电子振荡器是主要的发音部件，将电子音源产生的波型经频谱合成

9、及滤波电路形成多种不同音色，音型电路负责将音色输出成为不用的效果。 电子琴并未有统一的结构，一排键、双排键、三排键等等都在许可范围内，几种琴之间的音色显然是不一样的，各有各的特色。生活中常见的就是双排键，乐队中也经常使用。电子琴的谱子跟钢琴的谱子是一致的，有意i的那个的演奏基础上手就会很快，电子琴声音优美、技巧灵活、音域宽广，可以达到各个层次力度的要求，满足乐队对于各个声部的需求。当然，我们必须承认其也存在着一定的额缺陷，和声及旋律太协和、简便，音量上几乎没有什么变化。再进行模仿管弦乐的时候，音色的失真也是不可避免的，而且情况也很严重，以此，电子琴想要从根本上取代其他乐器基本上是不可能。音乐领

10、域与现代科技技术结合的产物中最杰出的代表莫过于电子琴，小小的电子琴中便浓缩了现代文明与古典文化的数千年的历史。作为一种全新的键盘类乐器，使得音乐工作者在教室内进行音乐基础知识教学的时候收获颇丰，不仅如此，一台小小的电子琴，就能实现电子音乐、现代音乐、电脑音乐在同一堂课上教学的达成，当今音乐领域中的地位是谁也无法取代的。其与大众的日常生活联系的紧密程度难以想象。最近几年，各个行业、领域都充分享受到了基于大规模集成电路的单片机设计带来的实惠，尤其是工业、农业、商业，发展更新速度让人应接不暇。单片机技术可以在自动控制行业，尤其是仪器仪表、数据采集、家用电器上面的广泛应用，与其天生的优势是离不开的，功

11、能齐全、小巧玲珑，能耗低，稳定可靠等都让其稳居宝座。在设计系统的过程中，所有的操作都需要围绕单片机来进行，首先需要对于硬件的需求进行充分的了解，而后再去设计相应的软件，这才是有效提高电子电路设计质量的根本途径。轻便小巧的电子产品在嵌入式产品中的地位越来越高。这类产品体积小，轻便，可以随身携带，且价格亲民，但其功耗很大。因此，高级设计的重点不能仅仅专注于传统的性能，也要看到降低功耗的重要性。本设计从硬件和软件设计两个方面着手，在保证音乐电子琴正常运行的同时，降低其运行频率和功耗。是以，研发人员的努力方向基本上都放在外形、设计、开发、附加功能和试用等方面上，并在此基础上进行了很多的实践工作。科技发

12、展象征着社会进步，同时也为音乐的发展作出了贡献。音乐电子琴作为科技产品，是音乐史上极具颠覆性的媒体。音乐电子琴技术的进步，使得成本降低、性能更强、外观也越来越好，使其受到不同层次消费者的亲睐，满足了不同消费者的需求。1.2课题研究的目的和意义嵌入式系统与MCU发展的有机结合已经在家庭电器、计算机、工业控制、基础设施、移动通信、军工、人工智能等领域中得到大量的运用。本次音乐电子琴的设计也是基于这样的有机结合，体现其灵活性。家庭收入年年升高，儿童所拥有的玩具数量也在连年增加，这是一个广阔的市场，对于电子琴玩具也是同样如此。单片机技术现如今已经非常成熟，基于此，再加上软件和硬件技术的有效结合可以实现

13、你可以想到的电子琴的所有的相关功能；微型化自不必说，音乐转盘，音乐童车，玩具琴等等也都不在话下，市场上也已经出现了相关的产品，其附加的功能依然呈现一个增加的趋势。键盘上的“KEY1”到“KEY16”键对应的是从低“so”到高“do”的16个音，然后去演奏各种歌曲。MP3是随声听微型化的产物，也是集成电路发展的典型代表，MP3从刚开始出现的各种追捧到现在的无人问津，转变之快令人咋舌。但是研究人员也在通过各种尝试想要恢复MP3昔日的辉煌，但是关注重点好像发生了偏离。各种功能、各种外形的MP3令人眼花缭乱，但是静下心来思考下，商品的根本属性就是为顾客服务，在这点上，它做的并不完美，一些中看不中用的元

14、素抹杀了其良好的服务性能，这就是常提到的设计缺陷。现如今，电子琴技术的成熟程度难以想象，每前进一步都很困难，研究的重点关注方面也只能是放在降低功耗以及降低成本两个方面上。本研究课题的主要目标就是基于原始电子琴上的优化。1.3国内外概况处在全球化的市场之中，没有企业可以茕茕独立，每个企业不仅会面临行业外部的进入威胁，在行业内部，任何一个企业都面临着来自四面八方的竞争。在你来我往的交锋之中，基于技术与创新的核心竞争力是企业占领制高点的重中之重。在对整个的嵌入式MP3播放器业务进行深入研究后，本次设计立足于增强MP3制作企业的核心竞争力。嵌入式产品技术在微电子技术的快速发展的时代下，取得了爆发式的进

15、步。人际界面更加方便易于操作，多媒体处理能力也更加强悍。可靠性高、功耗低、无机械结构MP3播放器近乎完美地满足了人们不断提高的生活水平以及对美好生活的渴望。歌曲资源丰富，音质较好的MP3在广大的音乐爱好者中风靡一时。市场上出现的电子琴皮牌让人眼花缭乱，发达国家的电子琴起步较早，产品自然而然的优势性就很大。YAMAHA稳居市场龙头老大，除此以外，CASIO、KAWAI、JVC等品牌也都是其中的佼佼者。 就国内来说，中国的第一台电子琴出现于上世纪六十年代，十年以后才开始批量生产。九十年代开始进入蓬勃发展的时期，“华星”、“美得理”、“吟飞”等品牌相继出现，并瓜分这个诺大的电子琴市场，其发展速度和规

16、模也是有目共睹。第一代产品称为簧片琴，键盘都是弹黄片按压的形式，音色的产生方式离不开模拟滤波器，自动伴奏的实现方式则是通过简单的脉冲信号来触发鼓的发生器来实现的。国外品牌也逐渐看到了国内的市场，国外的品牌极大的冲击着国内的本土品牌。国内的电子琴主要以组装为主，关键技术还是在外国人手中，这就十分的被动。自此，国内开始加大在电子琴技术上人力物力财力的投资，从不同的设计思路和方法上入手，单片机、EDA技术、PLC技术等都是可供选择的对象。本研究课题的主要目标就是设计一种微型电子琴，可以作为玩具或者装饰物的附属物件，产生需要的音色效果。是以，本课题的实际原则如下：多功能、低成本、扩展性强，尽量采用成熟

17、技术，保证系统的稳定和安全。第二章 硬件部分本次设计是基于52单片机的音乐电子琴的设计，整体方案比较简单，主要的有四大块，控制部分采用STC89C52单片机作为主控芯片，显示部分采用液晶Nokia5110显示屏，播放音乐部分采用了现成的音乐模块Miniplay，最后就是按键控制部分。整体硬件框图如下：图2-1整体硬件框图整体工作流程，首先通过按键部分来告诉单片机我要进行哪一些操作，然后单片机将接收到的信号一方面在液晶上显示，另一方面通过串口通信将命令送给键盘控制模块，该模块就会对与之连接的存储设备进行相应的数据操作。2.1 STC89C52单片机概述STC公司生产出了ST89C52，这是一种低

18、功耗，具有 8K系统可编程Flash存储器的高性能的CMOS8位微控制器。STC89C52的内核是经典的MCS-51，并在此基础上做了许多改进，因此芯片具有了许多新的功能，得到了升级。现在的市面上有着各式各样的均以51为内核的单片机，它们都来源于Philip、Atme等大型电子设计生产商，而最初的开发设计者则是Intel公司。这些主要电子产品制造商从英特尔公司买到了51核的设计方案，推出的单芯片微型计算机都与51的指令兼容，但在51的基础上进行了扩展。在单芯片的MCU中，STC89C52拥有灵巧的8位处理器和系统可编程闪存，它也因此成为许多嵌入式控制应用的高度灵活的解决方案。图2-2是STC8

19、9C52 MCU的基本组成框图。图2-2 STC89C52单片机结构图1）中央处理器的容量是八位。2）一百二十八位的随机存储器可以读写数据，SST89 型号单片机的存储器最大容量是一字节。3）只读存储器的大小为四字节，只能存储数据，比如原始数据和表格。当今MCU的发展方向是将数据存储器和程序存储器都集成在MCU里面，以便同时提高系统的抗干扰性能和增强用户可用性。SST发布的容量为十六字节，三十二字节和六十四字节随机存储器的89 系列MCU供顾客选择。4）四个8位并行I / O端口P0P3，每个端口均可用做读和写。5）有两个定时计数器同时工作，它们通过程序运行结果来计数结果或计时进行控制。目前的

20、52 系列MCU都会提供三个16位定时器/计数器，以便进行串行通信设计，。6）五个具有中断性能的控制系统。7）双向的非同步接发仪器作为一个输入输出接口，完成MCU设备的双向通信功能，或者完成单片机与计算机的双向通信。8）时钟发生电路和内置振荡器。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，这远超了十二兆赫兹的最大频率范围，进一步提高单片机运转时指令的运行效率。图2-3 STC89C52单片机引脚图简要解释相关引脚1）时钟电路引脚有两种为XTAL1/2：后者在十八引脚处，与电容和外围晶体连接；它的作用是与振荡电路相反的放大器的出口，振荡电路的频率与晶体原有的频率一致，与外围时钟连接时。另

21、外，接口的脉冲信号是判断振荡电路是否正常工作的依据。后者则处于十九引脚处，是与电容和外围晶体的另外一面连接，是反相振荡电路放大器的入口，作为外围晶体时，与大地相连接。2）RST等四个引脚具有控制信号的性能。处于九脚位置的RST和VPD是复位功能的入口，在电位值较高时起作用。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。ALE 端的负载驱动能力为8个LS型TTL负载。当使用片上4 KB EPROM的固化程序时，该引脚的第二个功能PROG用作编程脉冲输入。位于二十九管脚位置的PSEN：在程序存储时可以作为信号输出接口。在外部程序存储器工作时，此端口主要是按时传出负脉冲，由此作为片外存储器执行读

22、取操作的通知信号。在OE端口，如果PSENN可执行，也就是说可以执行EPROM和ROM内的指令代码，PSEN可以承载八个LS类型的TTL。在常见的8051或者8031系统正常启动后，还可以使用示波器查看PSEN端子上是否有脉冲输出，如有则说CPU是可以读取EPROM / ROM上的命令代码的。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2端口是一个8位准双向I/O口，具有内部上拉电阻。端口P可以驱动每位4 LS TTL负载。它通常用来产生基准频率，因为其具频率非常稳定切具备强抗干扰能力。产生时钟信号。MCU的晶振电路如图2-4所示。一个时钟发生电路由片上电路和片外器件构成。 CPU在时钟同步下

23、工作。片上振荡频率通常晶振频率保持一致。C1和C2的典型值是30pF，通常在20pF和100pF之间，是反馈电容。 该电路中，反馈电容为30pF，晶振频率为12MHz，振荡周期为 1 /12s，指令周期T = 14s。XTAL有两个引脚，都接至外部晶体，2脚还要接至MCU内部此时发生了压电效应，进而会产生交变电场。要使MCS-51片内的OSC电路能够以石英晶振相同频率自激振荡，在石英晶振起振后就得在XTAL2线上输出一个3V的正弦波。通常，OSC的输出时钟频率的典型值为12MHz或者11.0592MHz，通常在0.5MHz-16MHz之间。电容C1和C2的典型值为30pF，改变C1、C2可以对

24、fOSC进行微调，同时可以帮助晶振启动。图2-4 单片机晶振电路图2.1.2复位电路不管采用哪种型号的MCU,复位电路的设计都是必不可少的。复位电路可以在上电或复位过程中控制CPU的复位状态。在此过程中不能一上电或刚复位完毕就工作，而是要让CPU保持复位状态，以防止CPU出错，同时还提高了电磁兼容性能。而MCU整个系统工作的可靠性都与复位电路设计的好坏紧密相关。许多用户在设计完MCU系统,并调试成功后, 在现场运行时却由于单片机的复位电路设计不可靠出现了“死机”、“程序走飞”等现象。图2-5 复位电路图2.2按键部分电路概述在MCU应用系统不自带按键，也没有键盘。按键开关是弹性机械开关，在闭合

25、及断开瞬间会因为机械触电的弹性作用发生抖动，时间在5ms20ms内，按键的抖动如图2-5所示。按键抖动有时会被系统误识别为一次按键行为，为了防止出现这种情况，必须及时消除按键抖动。消除抖动方法分为硬件消除和软件消除。当键数较少时用硬件方法，键数较多时用软件方法。当系统检测到键闭合后执行一个延时程序，5ms20ms过后再检测键的状态。此时按键若为释放状态，则执行闭合的处理；若为闭合状态，则继续保持。本次设计中的按键比较多，固采用软件消抖。图2-6 按键时的抖动图2-7 键盘电路原理图可使用以行为单位的扫描或者使用线翻转法。在本文的程序设计中，使用了前者。具体如下： （1）在P20、P21、P22

26、、P23上面重复传出扫描信号 （2）将单片机的电平内容输送给在P24、P25、P26、P27上， （3） 处置键盘的软件由行和列发出的信号判断选择正确的按钮被执行按下操作，将选择结果发送给主软件去执行。“毛刺”原理就是在上述按键的操作引起的。如下图 4-5，清理这种现象的方法是在扫描时连续的延时处理法10。此方法主要在于脉冲时间持续的时长不够长，一般在毫秒的级别，但是按键操作的时长远远高于此脉冲时长。图2-8 毛刺原理图2.3 音阶设计原理位于三十一位置的引脚为EA和Vpp，嵌入的软件程序设计的电压入口和外围软件存储器的地址处于入口位置。3）P0-3四个键位是入口和出口。其中P0口中的P0.0

27、到P0.7分别位于39单32引脚处，此接口作为一个容量为八位的入口和出口，其功能是漏极开路。当作为出口时，共可以承载六十四个LS类型的TTL。P1接口的P1.0到P1.7位置处的引脚，该接口包含里面上拉电阻的八位准入口和出口，共可以承载三十二个LS类型的TTL。P3接口的P3.0到P3.7处置的引脚也是一个八位的准入口和出口，同样有上拉电阻，其同样可以承载三十二个LS类型的TTL。此外，P3口IDE各个引脚还具有一下性能：第一哥引脚RXD可以接受串行的数据。第二个引脚RXD可以发送串行的数据；第三个引脚INT0#是外部中断控制器的0入口；第四个引脚INT0#是外部中断控制器的1入口；第五个引脚

28、T0是定时计数器的0入口；第六个引脚T0是定时计数器的1入口；第七个引脚WR#是的ROM写功能；第八个引脚WR#是的ROM读功能；2.1.1晶振电路晶振是的材料是石英；是一种振荡器。频率的准确与否主要由基准频率决定。与此同时，向MCU传输电流。作为振荡器的相反放大器的出口，电流场作用在石英晶体的两个引脚处，引起机械变形。变形复原后，定时计数器值归为0。MCU重新开始读取程序，MCU恢复初始化后对ROM的状态没有影响，入口为RESET，当处于较高电位时开始起作用，周期高于二十四个时钟。RESET口有通电后自动归位和使用人工手动按键归位两种方式。前一种方式是电容内的电量完成的，充点的时候，RC通电

29、，RESET口开始发送脉脉冲，电流变少以后，相应的RESET的电位也降低。第二种方式是指按键之后电位复原，RESET也与电阻的高电位相接开始生效。当按键处于动静后，大概会有十到二十毫米时长的延迟，才能看到电平复原为以前的状态，若发生，则按键有作用，否则不起作用。本文根据单片机的原理实现节拍的各项特征。音频高低使音乐声音高低起伏。发生物体的频率决定声音的高低，在本系统中，用音频持续的时长来实现音乐中的拍数。定时计数器在AT89S52里面装有定时器，其发出的声音阶段可以由 TL0 和 TH0的值影响频率。比如，频率为二百九十四赫兹就是低音RE，执行周期和是频率的倒数值，为三点五毫秒，只有当定时计数

30、器的定时器为三点五毫秒时，计数三千五百次就可以是入值和出值相反，产生得到的音频阶段就是低音。当计数脉冲为fi/fr/2。第一个值是机器频率，其值为一兆赫兹，晶体振荡器的值为十二赫兹，计数为N的情况下fr会得到理想的频率。计数值的初始值为65536-N如，计数值为一兆赫兹是，也就是65536K时，我们计算五百八十七赫兹的中音和一千一百七十五赫兹的高音和二百九十四赫兹的低音的计数值。此时周期为，高音的周期为，中音的周期为，低音的周期为。键盘电路在扫描时的工作原理图如下所示；表2-1 音符频率与计数值T的对照表音符频率（HZ）计数值（T值）低1DO26263628#1DO#27763737低2RE2

31、9463835#2RE#31163835低3M133063928低4FA34964021#4FA#37064185低SO39264260#5SO#41564331低6LA44064400#6LA#46664463低7SI49464524中1DO52364580#1DO#55464633中2RE58764633#2RE#62264884中3M165964732中4FA74064820#4FA#78464860中5SO78464898中6LA88064968中7SI93264994低1DO104665030#1DO#110965085高2RE117565110#2RE#124565134高3MI1

32、31865157高4FA139765178#4FA#149065198高5SO156865217#5SO#1661652352.4 Nokia5110显示简介显示功能一般采用的是数码管和液晶屏来实现的，数码管它的亮度很高，但是它的显示字符有限个，电路又比较复杂，如果有多个数码管一起工作的话，有静态数码管和动态数码管这两种。动态数码管占用太多的系统时间资源，静态数码管它的电路十分繁琐而且数量多，所以，我们不采取数码管这种方案，相较而言，液晶屏显示的字符较多，而且不会占用太多的时间资源，功耗成本低，性能稳定。本次设计采用的液晶是Nokia5110显示屏，对我们接触到的常用的液晶屏有三个，LCD 1

33、2864/LCD 1602以及Nokia5110，之所以不使用LCD1602，是因为他是字符屏，一般情况下不能显示汉字，而12864屏幕太大，显示时颗粒感太重，所以采用了显示效果更好的Nokia5110,不仅可以显示汉字，而且显示时颗粒感很小。图2-9 显示屏实物图Nokia/诺基亚5110 LCD原理应用资料:LPH7366是诺基亚公司生产一款液晶屏，多用于手机屏幕。除此之外，也经常用于各种小型设备的液晶显示。LPH7366屏的特点如下：像素为84x48， 4行汉字显示 与主处理器采用串行通信，仅有9 条信号线。支持多种串行通信协议，传输速率高达4Mbps，无需等待就能显示数据。 可通过导电

34、胶和金属钩可将模块固定到万用版上，安装方便。 LCD控制器，模块体积小。 供电电压低，正常工作时的电流小于200A，且具有掉电模式。LPH7366的这些优点非常适合音乐电子琴使用。2.5 miniplay音乐模块概述 之所以采用这个模块，是应为它使用起来非常简单，我们只要根据数据手册，使用单片机通过串口发送相应的命令就可以控制它做相应的操作，而且这个模块能够支持的最大存储设备是32G，存储设备的链接也很方便模块本身就带有卡槽，可以直接插标准的存储卡，也可以外部焊接一个USB接口与模块相连，使用U盘作为存储设备。最重要的是它本身自带音频驱动，可以直接驱动最大3W功率的喇叭，减少我的开发周期。【第

35、2份】2.5.1主要功能及参数这个语音模块可以作为串口，驱动板卡类型为TF，可以用或者、类型的文件记录。其完成特定的音乐的播放功能的指令程序设计相当的简易，选择播放音乐功能也很简单，整体的操作简便，且性能可靠性很高的有点。1、支持采样率(KHz):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/482、24 位 DA 输出，动态范围支持90dB，信噪比支持 85dB3、完全支持 FAT16、FAT32文件系统，最大支持 32G 的 TF卡，支持32G 的 U 盘、64M字节的NORFLASH4、多种控制模式可选。IO控制模式、串口模式、AD按键控制模式5、广播语插播功能，可以暂

36、停正在播放的背景音乐。广告播放完毕回到背景音继续播放6、音频数据按文件夹排序，最多支持100 个文件夹，每隔文件夹可以分配255首曲目7、30 级音量可调，6级EQ可调2.5.2实际应用1、 车载导航语音播报2、 公路运输稽查、收费站语音提示；3、 火车站、汽车站安全检查语音提示；4、 电力、通信、金融营业厅语音提示；5、 车辆进、出通道验证语音提示；6、 公安边防检查通道语音提示；引脚说明：图2-10 miniplay引脚说明图表2-2 miniplay引脚功能表串口通讯协议串口是一种在控制领域常用的通信。在本次设计中，我对该模块的串口通信进行了优化，对加入的帧进行处理。波特率可调节，有利于

37、进行组网。通信更加稳定。原理图如下：图2-11 组网功能原理图图2-12 系统电路连接图第三章 软件部分本次设计所采用的上位机编程软件是Keil4，全程使用了C语言来完成软件部分的编译，因为本身C语言具有简单高效的特点，能很大程度上提高源程序的可读性，也能较大的增加系统的反应速度。与此同时采用了模块化的思路来实行软件部分的设计，把本系统划分成相应的程序模块进行设计，主要包括设计，编码和测试等步骤，这很大程度加强了程序的可移植特性。本设计当中用到的C语言软件开发系统是美国的公司Keil Software所开发的51系列兼容MCU C语言软件KeilC51。Keil有着较为完整的开发方案，内含包括

38、C编译器、链接器、宏汇编、库管理以及功能全面的仿真调试器。操作起来的时候通过Vision（一个集成开发环境）组合在一起。用WINXP来运行Keil软件。在进行此次研究的过程当中，主要用到了如下的相关知识：MIDI音符开/关,在确定了在键盘仁有按键按下的时候,就需要发送 音符开消息,然后再次扫描按键时,中断程序就会再去扫描是否有新增按键被按下,如果有,则发送该音符月几消息如果没有新增按键,则发送该音符MIDI关消息。 在设计音色增加、减少、快进时,共有128种音色,每8个音色一组,所以快进时必须向前跳跃增加8个音色编号。增加和减少时音色编号各增加或减少一个。通道MIDI音色的产生。当MIDI合成

39、器接收到乐器音色编号的消息时,就会产生相应音色的乐音MIDI音源的使用。在本设计当中主要有两种音源，一种是外接音源，另一种是内接音源。前者采用的是5针DIN连接器硬件，后者是采用VS1103B芯片为硬件。在此次整个设计过程当中都离不开多种技术的组合使用，在电子琴的设计过程当中与这些技术是息息相关的，也是最重要的知识部分，因此应当重点分析。STC官方提供了下载软件STC-ISP，用来下载程序。STC-ISP是一款MCU烧录软件，是针对STC系列MCU而设计的，可下载STC89、12C2052和12C5410等系列的STCMCU，操作简单方便，已被广泛使用。本次设计的软件流程主要步骤有：1：初始化

40、串口通信、液晶显示2：扫描按键，实时检测按键状态3：将处理过的数据，一方面通过串口通信告诉音乐模块我要做什么操作，另一方面送给液晶进行显示数据；流程图如下：图3-1 系统流程图按下开始键后，定时器数码管显示 0，主程序开始运行，进入循环按键系统，当选择Y的时候，返回开始；当选择N的时候，返回主程序。实现数码管的扬声按键流程图：图3-2 按键流程图需要注意的是，通过keil软件将程序烧入单片机，首先打开Keil4，然后点开project，创建一个新的工程。给新建的工程命名，此时需要单片机，然后打开atmel的选项,在其中选择STC89C52。然后创建一个新的C语言文件夹。保存C语言文件，文件的名

41、字和工程名可以相同，也可以不同，但是必须有扩展名“.C”，不然系统无法识别。这是把写好的C语言的放在工程的选项里。程序写好后，点开工程，点击魔法棒，生成hex文件。最后往单片机里烧入hex文件。具体程序见附录B。第四章 硬件调试部分4.1常见的硬件故障 逻辑错误。出现逻辑错误的原因有两个:一是设计出错，二是加工工艺出错。逻辑错误会经常会导致短路，有时也会引起断路和错线。 元器件失效。造成元器件失效的原因一般有三个：一是元器件的规格不符合系统的要求；二是没有按照规范进行组装；三是使用了损坏的元器件。 可靠性差。包括接插件接触不良；走线和布局不合理；器件负载过大等等都会使系统不可靠。电源故障。电源

42、故障包括电压故障、电源功率故障和负载故障等。电源故障会让元件在通电后损坏。 4.2硬件调试方法 先将万用表打到蜂鸣器的档位，然后一端接单片机的电源（4脚）和地（2脚），看2者是否短路，如果没有短路。按下自锁开关，万用表的一端搭在DC电源接口的一端，另一端搭在板子上所有的电源，看电源是否都接上。如果确认均已接上，接着检查地，一端搭在DC电源的地，另一端搭在板子上所有的地，确认所有的地均已接上。确认电源和地均接上后，接通电源，如果成品无反应立刻断开开关，然后检查一下，芯片有无发热，有无异味之类，如果并未发现问题，再次通电，在通电的情况下，显示屏依旧没有反应，此时将万用表打到20V，测出电源与地之间

43、的电压，如果电池盒供电，一般4.5V，这个电压正常，接着测单片机的30脚和地之间的电压，如果也是4.5V，说明未接对，单片机未能正常工作，检查单片机最小系统，晶振电路，复位电路等。对液晶显示屏的调试工具是万用表。单片机能正常工作后，我们下面检查液晶显示屏能否正常工作，如果不能正常工作，首先利用万用表检查LCD1602上的3脚上的2个电阻，3脚与电源之间的电阻一般是10K，3脚与地之间的电阻是200欧姆到1.5K，看电阻是否接对，如果电阻接反，显示屏会一点反应也没有，电阻正确后，利用万用表打到蜂鸣器检查4脚到14脚有无短路或断路，如无问题，最后检查排阻是否接反，排阻的1脚对应单片机40脚，上述均

44、无问题，证明显示屏接的没问题，可正常工作。对按键电路的调试用到的工具是万用表，每个按键的下端均接地，利用万用表打到蜂鸣器，测按键下端与单片机的之间的地，蜂鸣器是响的。按键的3个脚接到单片机的P1.1、P1.2、P1.3,一端搭在单片机的引脚，另一端搭在按键的下端，按下按钮，此时蜂鸣器应该响，上述步骤完成，按键电路是没有问题的。具体的，首先要在焊好后对整体电路调试，防止漏焊，见图4-1，测得正确数值图4-1 电路调试图液晶屏的调试：图4-2 液晶屏调试图继电器的调试，见图4-3，接地时蜂鸣器响，说明继电器连接无误。图4-3 蜂鸣器调试图接入5.1V/2.1A的电源后开机显示。图4-4 上电开机图

45、图4-5 关机图按下关机键后后关机，屏幕关闭。再次按下后开机。图4-6 音量升高图初始音量为25，按下音量键加后为26，并显示在屏幕上。结束语四年的大学生活随着毕业设计的结束就要划上句号。在这次的毕业设计中我学到了很多。首先学到的自然是专业知识。毕业设计让我充分地学习了涉及到的硬件、软件知识，如单片机、C语言等等，最后一次加强了我的专业能力。其次是学习方法。在整个过程中向老师请教，与同学合作，运用各种途径收集资料，论文查重。这些学习方法可以让我受用终身。最后也是最重要的，锻炼了我的意志。在设计过程会遇到各种各样的难题，只有静下心来，迎难而上，坚持不懈，才能克服困难，完成设计。今后我遇到任何困难

46、都有信心将其克服。 25致 谢毕业设计终于完成了，我想对我的指导老师田小敏老师表达我的感谢和敬意，感谢您这段时间对我的毕业设计和学业上的关心和帮助，学识渊博、兢兢业业的您是我学习的榜样。四年时间如白驹过隙，转瞬即逝。马上就要毕业了，闭上眼睛，仿佛还能看到大一时懵懂的自己。四年来，我在美丽的三江学习、生活，收获着大学生活里的泪水与微笑。在学校里，遇到过的每一个老师都给予了我许多帮助和关心。衷心感谢学校、学院的各位老师对我的教育，希望您们在以后的生活中一帆风顺，事事顺心。祝福我们和三江越来越好。参考文献1博创科技.MP3播放器与U盘设计.北京：清华大学出版社，2004:253-278.2便携式电子产品设计与开发.Portable Electronics Product Design and Development/（美）伯特哈斯克尔 著；张宝玲 等译，2005：167-230.3李雪梅，基于CPLD 的多功能电子琴设计，科技咨询导报，2009(34) 4张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001：37-65.5余永权.ATMEL89系列单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，200