基于单片机的微型电子琴设计.doc

本科生毕业论文(设计)
系(院)物理与电子信息科学系专业电子信息工程
论文题目基于单片机的微型电子琴设计
学生姓名
指导教师
班级 07级电信2班
学号
完成日期:2010 年 11 月
基于单片机的微型电子琴设计 XXX
物理与电子信息工程学院电子信息工程
[摘要]电子琴的设计以AT89C52单片机为核心控制元件,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,通过制作硬件电路和软件的设计编写,然后进行软硬件的调试运行,最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、存储及显示功能。设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声,对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现。特点是设计思路简单、清晰,成本低。
[关键字] AT89C52单片机电子琴演奏
1 引言
电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物,是一种新型的键盘乐器[1]。电子琴是高科技在音乐领域的一个代表,它是古典文化与现代文明的一个浓缩体。它不但可以帮助我们的音乐教师进行传统音乐文化的教育教学工作,而且由于它又具备现代音乐,特别是电子音乐、电脑音乐的基本结构、特征,因而使我们的教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时,更直接、更简便。它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。
基于当前市场上的玩具市场需求量大,其中电子琴就是一个很好的应用方面。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能,从而实现电子琴的微型化,可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,属第四代电子计算机,它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此,单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
本文主要对使用单片机设计微型电子琴进行了分析,并介绍了基于单片机电子琴统硬件
[2]组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图,主要芯片,各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
2 设计要求
本设计的主要内容是用AT89C52单片机[3]为核心控制元件,设计一个微型电子琴。以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块,实现以下功能:
(1) 设计一个(4×4)的键盘[4],并将16个键设计成两个八度的音阶对应的16个琴键,可以进行弹奏表演;
(2) 演奏的同时数码管会以数字显示当前按键对应的音符;
(3) 有音乐存储功能,能自动演奏歌曲。演奏时可选择键盘输入乐曲,自己存入的乐曲或随机存储的乐曲。按播放键能播放5首歌曲,第一首歌曲播放结束,再按播放键播放下一首歌曲。
(4) 发光二极管会指示当前按键是否按下。
3 方案论证
控制模块选择方案
方案一:用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压,再经过整流、滤波,获得+。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。
方案二: 采用AT89C51单片机进行控制,由于AT89C51不具备ISP功能,因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见,况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。
方案三:采用AT89C52单片机进行控制,由于其性价比高,完全满足了本作品智能化的要求,它的内部程序存储空间达到8K,使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级,使用方便,抗干扰性能提高[5]。
鉴于上述对比与分析,本设计采用方案三
按键选择方案
传统电子琴可以用键盘上的“1”到“A”键演奏从低SO到高DO等11音。该设计有16个按钮矩阵,设计成16个音,可以实现音阶在中音和高音之间的变换。比传统音阶范围大,弹奏效果好。在单片机应用中键盘用得最多的形式是独立键盘及矩阵键盘,它们各有自己的特点,其中独立键盘硬件电路简单,而且在程序设计上也不复杂,一般用在对硬件电路要求不高的简单电路中;矩阵键盘与独立键盘有很大区别,首先在硬件电路上它要比独立键盘复杂得多,而且在程序算法上比它要烦琐,但它在节省端口资源上有优势得多,因此它更适合于多按键电路。本设计选择4*4矩阵键盘。
4 设计原理
一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率[6],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正确即可。若要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期(1/频率),再将