电子琴设计-毕业论文.doc

1、 中文摘要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。就因为它的应用非常广泛，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。而音乐现在也成了人们生活的一部分，生活的压力，学习的压力，工作的压力，一切的不顺利可以在音乐声中放松下来，让人们心情舒畅，听着音乐放松心情，让我们提高生活质量。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种键盘乐器。本系统是以 51 系列单片机 AT89S52 为主芯片，附有矩阵键盘、LED 显示管、扬声器组成。系统完成显示输入信息、播放相

2、应音符等基本功能。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。关键词：AT89S52，矩阵键盘，LED 显示管，扬声器。ABSTRACTMicrocomputers are large scale integrated circuit technology development of the fourth generation of the product, electronic computers, it has high performance, high speed, small volume, low prices, st

3、able and reliable, widely characteristics. Just because its very extensive, therefore, SCM for the development and application of high-tech and engineering field has become a major issue. But music now also become a part of life, life pressure, the pressure of learning, working pressure, all is not

4、well in music can relax and let people in a relaxed mood, listen to music to relax, let us improve the quality of life. This paper is based on single chip design a simple keyboard. Modern electronic technology and keyboard is the combination of music, is a kind of keyboard instrument. SCM has strong

5、 control function and flexible programmable achieve properties, it has into modern peoples life, become part of the entertainment and leisure. This system is mainly 51 series microcontroller AT89S52, accompanied by matrix keyboard, chip, speaker ，LED. System completes display input information, the

6、basic function such as broadcast corresponding notes. This system stable operation, its advantage is hardware circuit is simple, software function consummation, the control system is reliable, cost-effective higher, has certain practical and reference value. Keywords: AT89S52, matrix, LED, speaker目录

7、中文摘要ABSTRACT第一章 引言 .11.1 课题设计的背景和意义 .11.2 课题主要研究的内容 .2第二章 系统设计 .321 系统设计要求 .322 系统框图 .3第三章 系统硬件设计 .43.1 系统硬件总体设计 .43.2 系统的工作原理 .43.2.1 矩阵键盘模块 .63.2.2 数码管模块 .73.2.3 扬声器模块 .8第四章 软件设计 .94.1 整体程序处理流程图 .94.2 LED 数码管的显示 .104.3 音乐播放设计 .10第五章 系统调试 .125.1 程序调试 .125.2 仿真调试 .14结论 .17致谢 .18参考文献 .19附录 .20第一章 引言1

8、.1 课题设计的背景和意义随着生活水平的提高，人们的需求不再仅仅是物质上的满足，更多的是要求精神上的放松。在放松自己的同时又能提高各个方面的能力。学习和欣赏音乐可以在人们疲劳的时候得到放松，同时提高人们的精神品质和素养。如今爱好音乐的人越来越多，有不少人自己练习乐器作为业余爱好来陶冶情操，可鉴于一些乐器学习难度大，需要太多的时间，并且价格又太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃。而一些简易的电子乐器价格相对便宜，学习简单，价格相对便宜，能够了满足一般爱好者的需求。因此简易电子乐器的研制具有一定的社会意义。单片机是在一块芯片内集成了计算机的各个功能部件，构成一种单片式的微型计算机。单片机

9、的发展迅速，应用不断深入，新技术层出不穷。并已广泛应用到人类生活的各个领域，如家电、通讯设备、玩具、智能卡、汽车及防盗、医用保健、仪表、工业过程控制等，成为当今科学技术现代化不可缺的重要工具。之所以以单片机电子琴选题，目的在于从日常生活能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也在实践中发现理论上的不足，对目前日益广泛应用的单片机有了更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子产品占有重要的位置，然而电子琴也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，可以用于玩具琴、音乐盒中、儿

10、童车里等等。设计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。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶。并且分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。系统是简易电子琴的设计，按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键，扬声器播放器对应的音符。通过设计本系统可了解单片机的基本功能。对单片机的了解有一个小的飞跃。 1.2 课题主要研究的内容本课题主要研究基于单片机的电子琴设计，以 AT89S52 芯片作为主要核心部件，4*4的矩阵键盘作为输入部分，数码管显示字符，扬声器作为主要输出设备，结合 KEIL 和PROTUES 等软件的功能，通过编

11、译程序结合仿真，实现电子琴内置音乐的播放和弹奏音乐的功能，同时通过两个 LED 灯的亮灭表示当时弹奏或播放的状态，数码管显示按键的16 个字符“09，AF ”来表示当前所按下的键。第二章 系统设计21 系统设计要求本系统分为两个部分，音乐播放和音乐的弹奏。1、 要求达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。2、 用键盘作出电子琴的按键，每个键代表一个音符。3、 各音符按一定的顺序排列，必须符合电子琴的按键排列顺序。4、 固定音乐播放有按键控制：“播放” 、 “弹奏/停止” 。5、 弹奏电子琴时能播放出准确的声音，不弹奏时可以播放内置音乐。22 系统框图单片机因体积小、功能强、价格低而得到诪

12、泛应用。本系统只要以 51 单片机为主控核心，扩展一组矩阵键盘、扬声器、LED 显示管模块和一组发光二极管来指示电子琴的工作状态一起组合而成。具体如下图 21： AT89S52单片机4*4 矩阵键盘数码管显示发光二极管喇叭图 21 电子琴的框图用 P0 口的高四位和 P0 口的低四位作 4*4 矩阵式按键的接口，用 P2 口作数码管的接口，用P3.7 作信号输出口。第三章 系统硬件设计3.1 系统硬件总体设计本系统由键盘矩阵、LED 显示管、扬声器这几个部分组成，LED 显示管显示当前按键，扬声器发出对应音符。硬件总体设计图如图 31：图 31 利用 PROTEUS 仿真设计的硬件电路图3.2

13、 系统的工作原理本系统扫描键盘矩阵、显示按键、扬声器发出对应音符。用 AT89S52 的并行口 P0 接 44 矩阵键盘，以 P0.0P0.3 作输入线，以 P0.4P0.7 作输出线；在数码管上显示每个按键的“0F”序号。总体电路具体原理如下：否是开始模块初始化发送扫描码有键按下扫描键盘矩阵显示按键启动定时器停止播放延时结束图 32 系统工作原理图3.2.1 矩阵键盘模块a0a1a2a3a4a5a6a7 a7 a6a3a2a1a0 a5 a4R2PULUP R3PULUP R4PULUP R5PULUPR6PULUPR7PULUPR8PULUPR9PULUP图 3-3 矩 阵 键 盘 模 块

14、 图如 图 3-3： 在 键 盘 中 按 键 数 量 较 多 时 ， 为 了 减 少 I/O 口 的 占 用 ， 通 常 将 按 键 排 列 成 矩 阵 形式 。 在 矩 阵 式 键 盘 中 ， 每 条 水 平 线 和 垂 直 线 在 交 叉 处 不 直 接 连 通 ， 而 是 通 过 一 个 按 键 加 以 连 接 。这 样 ， 一 个 端 口 （ 如 P0 口 ） 就 可 以 构 成 4*4=16 个 按 键 ， 比 直 接 将 端 口 线 用 于 键 盘 多 出 一 倍 ，而 且 线 数 越 多 ， 区 别 越 明 显 ， 比 如 再 多 加 一 条 线 就 可 以 构 成 20 键 的

15、 键 盘 ， 而 直 接 用 端 口 线 则只 能 多 出 一 个 键 。 由 此 可 见 ， 在 需 要 的 键 数 比 较 多 时 ， 采 用 矩 阵 法 来 做 键 盘 是 合 理 的 。矩 阵 式 结 构 的 键 盘 显 然 比 直 接 法 要 复 杂 一 些 ， 识 别 也 要 复 杂 一 些 ， 列 线 通 过 电 阻 接 正 电 源 ，并 将 行 线 所 接 的 单 片 机 的 I/O 口 作 为 输 出 端 ， 而 列 线 所 接 的 I/O 口 则 作 为 输 入 。 这 样 ， 没 有键 按 下 时 ， 所 有 的 输 出 端 都 是 高 电 平 ， 代 表 无 键 按 下

16、 。 行 线 输 出 是 低 电 平 ， 一 旦 有 键 按 下 ， 则输 入 线 就 会 被 拉 低 ， 这 样 ， 通 过 读 入 输 入 线 的 状 态 就 可 得 知 是 否 有 键 按 下 了 。矩 阵 式 键 盘 的 按 键 识 别 方 法确 定 矩 阵 式 键 盘 上 何 键 被 按 下 ， 介 绍 一 种 “行 扫 描 法 ”。行 扫 描 法 又 称 逐 行 扫 描 查 询 法 ， 是 一 种 最 常 用 的 按 键 识 别 方 法 。判 断 键 盘 中 有 无 键 按 下 ， ，将全部行线 a0-a3 置低电平，然后检测列线的状态，只要有一列的电平为低，就表示键盘中有键被按下

17、，而且闭合的键位于低电平线与 4 根行线相交叉的 4 个按键之中。再判断闭合键所在的位置，依次将行线置为低电平时，再逐行检测各列线的电平状态，若某列为低电平，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键为闭合。若所有的列线均为高电平，则无按键按下。键 盘 接 口 必 须 具 有 的 4 个 基 本 功 能（1）去抖动：每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关。所谓抖动是指在识别被按键是必顺避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开的状态才能保证识别正确无误。去抖问题可通过软件延时或硬件电路解决。（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按

18、键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和 N 键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。N 键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。(3)被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可能过软硬结合的方法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。行扫描法的基本回想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭全键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为些需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。（4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内在区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码。3.2.2 数码管模块共阴极数码管在应用时将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮，这样来显示字符。LED 显示模块如图 3-4 所示，利用 AT89S52 单片机的 P2 端口的 P2.0P2.6 连接到一个七段数码管上，数码管的公共端接地。矩阵扫描显示当前按键模块如下：