2022年基于单片机的简易电子琴设计;C语言编程;_单片机课程设计报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 单片机课程设计报告基于单片机地简易电子琴设计摘 要电子琴是现代电子科技与音乐结合地产物,是一种新型地键盘乐器.它在现代音乐扮演着重要地角色,单片机具有强大地掌握功能和敏捷地编程实现特性,它已经溶入现代人们地生活中,成为不行替 代地一部分 .本文地主要内容是用 AT89S51 单片机作为核心掌握元件,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掌握模块,在主控模块上设有 16 个按键和扬声器 .本系 统运行稳固,其优点是硬件电路简洁,软件功能完善,掌握系统牢靠,性价比较高等,具有肯定地实 用和参考价值 .关键词：单片机

2、键盘扬声器电子琴名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - AbstractElectronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It played an important role in modern music. SCM has powerful control functions and flexible programming characteri

3、stics. It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89S51 control of the core components, design of a electronic organ. SCM as a host to the core, with the keyboard, speaker and other core modules. In the main control module has 16 keys and a speake

4、r. The system is steady, its simple hardware circuits, software functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. It also has certain practical and reference value. Key words : SCM keyboard speaker electronic organ名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - -

5、 - - - 目 录摘 要. - 1 -Abstract . - 2 -目录 . - 3 -1 引言 . - 4 -2 原理图 . - 5 -2.1 系统板硬件连线 . - 6 -3 主要芯片简介 . - 7 -3.1 AT89S51 简介 . - 7 -3.1.1 主要功能特性 . - 8 -3.1.2 引脚功能 . - 8 -3.2 LM386 . - 9 -3.2.1 LM386 地引脚图 . - 10 -3.2.2 音频放大器电路. - 10 -3.3 LED 数码管 . - 11 -4 模块原理 . - 12 -4.1 4X4 行列式键盘识别及显示 . - 12 -4.1.1 系统板

6、上硬件连线设计 . - 12 -4.1.2 程序设计内容 . - 14 -图 4-2 行列式键盘电路 . - 14 -4.1.3 I/O 并行口直接驱动 LED 显示 . - 15 -4.1.4 键盘识别程序 . - 18 -4.2 音乐产生地方法 . - 24 -4.2.1 原理 . - 24 -4.2.2 程序框图 . - 26 -4.2.3 源程序： . - 27 -5 终止语 . - 35 -致 谢. - 36 -参考文献 . - 37 -名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 引 言单片微型运算机是大规模集

7、成电路技术进展地产物,属第四代电子运算机,它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳固牢靠、应用广泛地特点.它地应用必定导致传统地掌握技术从根本上发生变革 .因此,单片机地开发应用已成为高科技和工程领域地一项重大课题 .电子琴是现代电子科技与音乐结合地产物,是一种新型地键盘乐器.它在现代音乐扮演着重要地角色,单片机具有强大地掌握功能和敏捷地编程实现特性,它已经溶入现代人们地生活中,成为不行替 代地一部分 .本文地主要内容是用 AT89S51 单片机为核心掌握元件,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掌握模块,在主控模块上设有 16 个按键和扬声器 .利用 本

8、文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析,并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成 单片机产生不同频率来获得我们要求地音阶,最终可随便弹奏想要表达地音乐 .并且本文分别从原理 图,主要芯片,各模块原理及各模块地程序地调试来具体阐述 .一首音乐是很多不同地音阶组成地,而每个音阶对应着不同地频率,这样我们就可以利用不同地 频率地组合,即可构成我们所想要地音乐了,当然对于单片机来产生不同地频率特别便利,我们可以名师归纳总结 利用单片机地定时/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地音阶对应频率第 4 页,共 37 页关系弄正确即可.- - - - - - -精选学习资料 - - -

9、 - - - - - - 2 原理图C7DS1a7212019182 XY130pFS13S9S5S14 R CC412MHzC6SWSWSWSWD N P2.0/A8 G1 XU130pFS14-PB-PB-PB-PBP3.7/RD17CR422S10S6S2P2.1/A923P2.2/A10P3.6/WR16CR3SWSWSWSW24P2.3/A11P3.5/T115CR2-PB-PB-PB-PB25P2.4/A12S15P3.4/T014CR126P2.5/A13S11S7S3P3.3/INT113BR427P2.6/A14P3.2/INT012BR3SWSWSWSW28P2.7/A15

10、P3.1/TXD11BR2-PB-PB-PB-PB29PSENS16P3.0/RXD10BR130ALES12S8S432P1.78P0.7/AD733DPY7_SEG_DPP0.6/AD6SWSWSWSWP1.67a34P0.5/AD5-PB-PB-PB-PBfP1.566bb c35C21 R B2 R B3 R B4 R B1 R C2 R C3 R C4P0.4/AD4gP1.452deD N GdD N G136P0.3/AD3A ET SRVCC10uF87654321eP1.349cf g3710P0.2/AD2C3P1.235dp38P1HEADER 8P0.1/AD15dpP

11、1.120.1uF39P0.0/AD06VccV OUTP1.01R231cc VIN+GA IN283810KIN-GA IN74R44031AT89S51R3BYPASSGN DR4910KLM386U210KR1VCC10KC5220C10.1uF10uFLS1 扬声器图 2-1 电子琴电路图234名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1 系统板硬件连线系统板硬件连线如图 2-1 所示,发生模块,键盘模块,及 LED 显示模块连接如下1.把 “单片机系统 ” 区域中地 P1.0 端口用导线连接到“ 音频放大模

12、块” 区域中地 SPK IN 端口上；2.把“单片机系统 “ 区域中地 P3.0P3.7 端口用 8 芯排线连接到 “4X4行列式键盘 ”区域中地 C1C4 R1R4 端口上；3.把 “单片机系统 ”区域中地 P0.0/AD0 P0.7/AD7 端口用 8 芯排线连接到 “四路静态数码显示模块”区域中地任一个 ah 端口上；要求：P0.0/AD0 对应着 a,P0.1/AD1 对应着 b, ,P0.7/AD7 对应着h.名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 主要芯片简介3.1 AT89S51 简介AT89S51 是

13、一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISPIn-system programmable地可反复擦写 1000 次地 Flash 只读程序储备器,器件采纳 ATMEL 公司地高密度、非易失性储备技术制造,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,芯片内集成了通用 8 位中心处理器和 ISP Flash储备单元,功能强大地微型运算机地 AT89S51 可为很多嵌入式掌握应用系统供应高性价比地解决方案 . AT89S51 具有如下特点：40 个引脚（引脚图如图 3-1 所示）, 4k Bytes Flash 片内程序储备器,128 bytes 地随机

14、存取数据储备器（RAM ）, 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口, 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断, 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口,看门狗（WDT ）电路,片内时钟振荡器.此外, AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式 .闲暇模式下, CPU 暂停工作,而 RAM 定时计数器,串行口,外中断系统可连续工作,掉电模式冻结振荡器而储存 RAM 地数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位 .同时该芯片仍具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式,以适应不同产品地需求 .图 3-1 管脚图名师归纳总结 -

15、 - - - - - -第 7 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1.1 主要功能特性 兼容 MCS-51 指令系统 32 个双向 I/O 口 2 个 16 位可编程定时 /计数器全双工 UART 串行中断口线 2 个外部中断源中断唤醒省电模式 看门狗（ WDT ）电路敏捷地 ISP 字节和分页编程 4k 可反复擦写 ISP Flash ROM 4.5-5.5V 工作电压 时钟频率 0-33MHz 128x8bit 内部 RAM 低功耗闲暇和省电模式 3 级加密位 软件设置闲暇和省电功能双数据寄存器指针3.1.2 引脚功能VCC （40）： 5V；GND （

16、20）：接地；P0 口（ 3932）： P0口为 8 位漏极开路双向 I/O 口,每引脚可吸取 8 个 TTL 门电流；P1 口（ 18）： P1 口是从内部供应上拉电阻器地 8 位双向 I/O 口, P1 口缓冲器能接收和输出 4 个TTL 门电流；P2 口（ 2128）： P2口为内部上拉电阻器地8 位双向 I/O 口, P2 口缓冲器可接收和输出4 个 TTL门电流；P3 口（ 1017）： P3口是 8 个带内部上拉电阻器地双向I/O 口,可接收和输出4 个 TTL 门电流,P3 口也可作为AT89C51 地特殊功能口；RST（9）：复位输入 .当振荡器复位时,要保持RST 引脚 2

17、个机器周期地高电平常间；ALE/PROG （30）：当拜访外部储备器时,地址锁存答应地输出电平用于锁存地址地低位字节,在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.在平常, ALE 端以不变地频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率地 1/6,它可用作对外部输出地脉冲或用于定时目地,要留意地是,每当拜访外部数据储备器时,将跳过 1 个 ALE 脉冲；PSEN（ 29）：外部程序储备器地选通信号 .在由外部程序储备器取指期间,每个机器周期 2 次PSEN 有效,但在拜访外部数据储备器时,这2 次有效地 PSEN 信号将不显现；名师归纳总结 EA/VPP （ 31）：当EA 保持低电平常,外

18、部程序储备器地址为（0000HFFFFH ）不管是否有内第 8 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 部程序储备器 .FLASH 编程期间,此引脚也用于施加12V 编程电源（ VPP）；XTAL1 （19）：反向振荡器放大器地输入及内部时钟工作电路地输入；XTAL2 （18）：来自反向振荡器地输出；3.2 LM386LM386 是一种音频集胜利放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范畴大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中 .LM386 内部与通用型集成运放相类似,它是一个三级放大电路 .第一级为差分放大电路

19、,T1 和 T3、T2 和 T4 分别构成复合管,作为差分放大电路地放大管；T5和 T6 组成镜像电流源作为 T1 和 T2 地有源负载； T3 和 T4 信号从管地基极输入,从 T2 管地集电极输出,为双端输入单端输出差分电路.使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载,可使单端输出电路地名师归纳总结 - - - - - - -增益近似等于双端输出电容地增益.其次级为共射放大电路,T7 为放大管,恒流源作有源负载,以增大放大倍数.第三级中地T8 和 T9 管复合成 PNP 型管,与 NPN 型管 T10 构成准互补输出级.二极管 D1 和 D2 为输出级供应合适地偏置电压,可以排除交越失真.引脚

20、2 为反相输入端,引脚3 为同相输入端 .电路由单电源供电,故为OTL 电路 .输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载.电阻 R7 从输出端连接到T2 地发射极,形成反馈通路,并与R5 和 R6 构成反馈网络,从而引入了深度电压串联负反馈,使整个电路具有稳固地电压增益.第 9 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2.1 LM386 地引脚图C70 29 11 X8 1Y130pF12MHzC6U130pFD N 0/A82 XP3.7/RD17CR41/A92/A10P3.6/WR16CR33/A11P3.5/T115CR2图 3-3 LM386 地形状和引

21、脚地排列4/A1214CR1P3.4/T05/A13P3.3/INT1 LM386 地形状和引脚地排列如图 13 BR43-3 所示 .引脚 2 为反相输入端,3 为同相输入端；引脚5 为输出6/A14端；引脚 P3.2/INT06 和 4 分别为电源和地；引脚1 和 8 为电压增益设定端；使用时在引脚7 和地之间接旁路电7/A15容,通常取 P3.1/TXD10 F. BR2NP3.0/RXD10BR1E3.2.2 音频放大器电路7/AD7P1.786/AD6P1.675/AD5P1.56C24/AD4P1.453/AD3P1.3410uF2/AD2C3P1.23VCC1/AD1T S R9

22、P1.12R2R360.1uFV OUT5C4R4C5LS10/AD0Vcc131cc V31EAP1.0IN+GAIN10uF扬声器10K28IN-GAINAT89S5174BY PASSGN D10K0.1uF40LM386U210K图 2.3 音频放大器电路名师归纳总结 第 10 页,共 37 页Title- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 LED 数码管7a3fd GNDacb6gb4c2d1e9f10g58dpdpeGND图 3-4 7 段数码管数码管（如图 3-4 所示）使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：依据发光颜

23、色打算；小数点：依据发光颜色打算c、使用电流：静态：总电流 80mA （每段 10mA ）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA上面这个只是七段数码管引脚图,其中共阳极数码管引脚图和共阴极地是一样地 .数码管使用留意事项说明：（ 1）数码管表面不要用手触摸,不要用手去弄引角；（ 2）焊接温度：度；焊接时间：名师归纳总结 （ 3）表面有爱护膜地产品,可以在使用前撕下来.第 11 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4 模块原理4.1 4X4 行列式键盘识别及显示组成键盘地按键有机械式、电容式、导电橡胶式、薄膜式多种,但不管什么形

24、式,其作用都是一个使电路接通与断开地开关 .目前微机系统中使用地键盘按其功能不同,通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型 .编码键盘：键盘本身带有实现接口主要功能所需地硬件电路.不仅能自动检测被按下地键,并完成去抖动、防串键等功能,而且能供应与被按键功能对应地键码（如.ASCII 码）送往CPU.所以,编码键盘接口简洁、使用便利.但由于硬件电路较复杂,因而价格较贵非编码键盘：键盘只简洁地供应按键开关地行列矩阵.有关按键地识别、键码地确定与输入、去抖动等功能均由软件完成 .目前微机系统中,一般为了降低成本大多数采纳非编码键盘 .用 AT89S51 地并行口 P1 接 44 矩阵键盘,以 P1

25、.0P1.3 作输入线,以 P1.4P1.7 作输出线；在数码管上显示每个按键地“ 0F” 序号 .4.1.1 系统板上硬件连线设计名师归纳总结 键盘模块硬件连线如图4-1 所示：第 12 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - C719X118X2P3. 7/RDY130p FS13S9S5S1SW12MHzC6SWSWSWU130p FS14-PB-PB-PB-PB17CR4S2S10S631EAP3. 6/WR16CR3SWSWSWSWR4CP3. 5/T115CR2-PB-PB-PB-PBS15S11S7S3P3. 4/T014CR1

26、P3. 3/INT 113BR4P3. 2/INT 012BR3SWSWSWSWP3. 1/TXD11BR2-PB-PB-PB-PBP3. 0/RXD10BR1S16S12S8S4P1. 78P1. 67SWSWSWSW-PBC2-PB-PB-PB1 2R RB B3 R B4 R B1 R C2 R C3 R C4 R CP1. 56P1. 45P1. 3410uF87654321C3P1. 23VCCP1HE ADER 8P1. 120.1u FP3.0P3.7 端口用 图 4-1 键盘模块连线图8 芯排线连接到 “ 4X4行列式键盘 ” 区域中地 6 3 2 Vcc IN+ IN-V O

27、 UT GA IN GA IN 5 1 8R3 7 BY PASS GN D 4C1T（ 1）把 “单片机系统 “区域中地 P1. 0 1 R2RS 10KC4 R1R4 端口上；9AT 89S51（ 2）把 “单片机系统 ”区域中地P0.0/AD0 P0.7/AD7 端口用 8 芯排线连接到 “ 四路静态数码显示模 10K LM386 U2R110K10K名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 37 页 C5精选学习资料 - - - - - - - - - 块” 区域中地任一个ah 端口上；要求：P0.0/AD0 对应着 a,P0.1/AD1 对应着b, ,P0.7/AD7

28、 对应着 h.4.1.2 程序设计内容1 4 4 矩阵键盘识别处理2每个按键有它地行值和列值,行值和列值地组合就是识别这个按键地编码 .矩阵地行线和列线4分别通过两并行接口和 CPU 通信 .每个按键地状态同样需变成数字量“ 0”和“ 1”,开关地一端（列线）通过电阻接 VCC ,而接地是通过程序输出数字“ 0”实现地 .键盘处理程序地任务是：确定有无键按下,判断哪一个键按下,键地功能是什么；仍要排除按键在闭合或断开时地抖动.两个并行口中,一个输出扫描码,使按键逐行动态接地,另一个并行口输入按键状态,由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键,通过软件查表,查出该键地功能S 5.S 1S 1

29、3S 9S W-PBS W-PBS W-PBS W-PBS 14S 10S 6S 2S W-PBS W-PBS W-PBS W-PBS 15S 11S 7S 3S W-PBS W-PBS W-PBS W-PBS 16S 12S 8S 4S W-PBS W-PBS W-PBS W-PBBR2BR3BR4CR1CR2CR3CR41BR1P87654321HEADER 8图 4-2 行列式键盘电路名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.1.3 I/O 并行口直接驱动 LED 显示LED 显示模块如图 4-3 所示,利用 AT89S51 单片机地 P0 端口地 P0.0P0.7 连接到一个共阴数码2 3 4 5管地 ah 地笔段上,数码管地公共端接地 .在数码管上循环显示 09 数字,时间间隔 0.2 秒.系统板上硬件连线：（如图 4-3 所示）把 “单片机系统 ”区域中地 P0.0/AD0 P0.7