基于51单片机的电子吉他设计20124400221罗东.doc

1、 课程设计论文 学 院： 电气工程学院 题 目： 基于 51 单片机的电子吉他设计 起止时间： 2015 年 10 月 10 日至 2015 年 11 月 30 日 学 生 姓 名： 罗 东 专 业 班 级： 本 12 通信 工程 2 班 指 导 教 师： 黄 智 伟 教研室主 任： 邓 贤 君 院 长： 王 新 林 2015 年 10 月 10 日 一 . 课程 设计内容 课程 设计内容 如下： 注意：课程 设计内容 按照自己选择的设计题目和设计内容填写 基于 51 单片机的电子吉他设计 1. 功能要求 2. 方案论证 3. 系统 硬件电路的设计 3.1 单片机系统及显示电路 3.2 扬声器

2、 电路 3.3 键盘 检测接收电路 4. 系统程序的设计 4.1 电子吉他 的算法设计 4.2 主程序 流程图 4.3 电子吉他音频信号 发生子程序和 扫描键盘 接收中断程序 5. 调试及性能分析 5.1 调试 5.2 性能指标 6. 源程序清单 二 . 课程设计 要求 1. 课程设计报告写作请参 考 “课程设计报告写作的内容、要求与应注意的一些问题 ”。 所有的文档和表格必须采用 Word 形式，格式按照 “课程设计报告写作的内容、要求与应注意的一些问题 ”要求。 2. 设计报告中的 电原理图， PCB 图、元器件布局图必须采用自己画的图。 不能够抄袭别人的 应用电路、程序、 PCB 图，

3、必须自己完成， 抄袭 者 和 被抄袭者 都不及格。 3. 设计资料中的有关的公式可以直接采用。设计资料中有关的曲线图可以直接采用，成文时根据需要选用（可放大 300 倍后裁剪到 Word 文档中），以图文清晰为标准。 4. 英文资料中的图可以直接采用（可放大 300 倍后裁剪到 Word 文档中），图中的英文可以采用 英文（中文） 方式翻译在图下或者文章中。 5. 英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用 英文（中文） 方式标注。 6. 课程设计报告需要写自己的收获和体会。 不能够抄袭 别人的收获和体会， 雷同者不及格。 7. 每个人需要 交文字稿和电子稿，采用 2003Word（或者更高

4、版本） 文档形式。 三 . 课程 设计进度（时间）安排 课程 设计进度（时间）安排如下： 1. 2015 年 10 月 10 日 2015 年 10 月 15 日 理解 课程设计题目的 设计要求，查阅相关资料； 2. 2015 年 10 月 16 日 2015 年 11 月 15 日 完成各部分电路设计及系统调试； 3. 2015 年 11 月 16 日 2015 年 11 月 22 日 完成 课程 设计初稿； 4. 2015 年 11 月 23 日 2015 年 11 月 28 日完成完整的 课 程设计报告 ； 5. 2015 年 11 月 29 日 2015 年 11 月 30 日 课程设

5、计作品 答辩。 四 . 参考文献 注意：补充自己在课程设计过程中选择的参考文献 （ 1） 黄智伟 . 凌阳 单片机课程设计指导 北京：北京航空航天大学出版社， 2007 （ 2） 周航慈 .单片机程序设计基础北京：北京航空航天大学出版社， 1997 （ 3） 求实科技 .单片机典型模块设计实例导航北京：人民邮电出版社， 2004 （ 4） 余永权 .89 系列（ MCS-51） Flash 单片机原理及应用 . 北京：电子工业出版社， 2003 （ 5） 王幸之 .单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术 北京：北京 航空航天大学出版社，2006 （ 6） 黄智伟全国大学生电子设计竞赛技能训练北京：

6、北京航空航天大学出版社， 2007 （ 7） 黄智伟 印制电路板（ PCB）设计技术与实践（第二版） 北京： 电子工业 出版社，2012 指导老师：黄智伟 2015 年 10 月 10 日 南华大学电气工程学院课程设计 摘 要 电子吉他属于键盘乐器，采用半导体集成电路，对音乐信号放大通过扬声器产生音响 。音域较宽，和声丰富，表现力极其丰富。经常作为独奏乐器出现，具有鲜明的时代特色。 电子 吉他 能够为教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时，提供更为快捷、简便、有效的教学手段。该设计为未来进一步实现高性能电子 吉他 产品奠定一定的基础，这对提高音乐教学质量具有重要意义。 本次设计的 本设

7、计是利用 STC89C51 单片机来对电子琴的主体部分进行设计，主要运用了 STC89C51 单片机的定时、中断功能。定时器可以发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经驱动电路放大后， 通过 扬声器发出的 不同音调。 关键词： STC89C51 单片 机、 扬声器 、电子 吉他 Abstract Electronic Guitar belongs keyboard instruments, the use of a semiconductor integrated circuit, and amplified sound of the music signal through the speake

8、r. A wide range, rich harmonies, expressive extremely rich. Often it appears as a solo instrument, with distinct characteristics of the times. This is designed to further implement future high-performance electronic guitars lay a foundation, which is important to improve the quality of teaching musi

9、c. The design of this design is the use of STC89C51 microcontroller design for the main part of the keyboard, the main use of the STC89C51 microcontroller timer interrupt function. The timer may emit different frequency pulse, after different frequency pulse amplification by the driver circuit, diff

10、erent tones emitted through the speaker. Keyword: STC89C51 microcontroller, speakers, electric guitar 南华大学电气工程学院课程设计 目 录 摘 要 . 1 第一章 绪论 . 1 第二章 设计内容和功能 . 1 2.1 电子吉他功能 . 1 2.2 系统设计结构图 . 1 第三章 系统主要硬件电路的设计 . 2 3.1 STC89C51 单片机简介 . 2 3.2 共阴 LED 数显 . 3 3.3 键盘电路 . 4 3.4 蜂鸣器 . 5 第四章 调试及性能分析 . 6 4.1 仿真电路 .

11、6 4.2 设计实物 . 6 4.3 系统 调试 . 7 第五章 总 结 . 7 参考文献 . 8 附录 . 9 南华大学电气工程学院课程设计 1 第一章 绪 论 单片微型计算机简称单片机，又称微控制器 (MCU)，它的出现是计算机发展史上的一个重要的里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多 优点独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。本次课设采用的 STC89C51 单片机是 51 系列单片机的一种代表，目前51 系列单片机是国内目前应用最广泛的一种单片机之一。单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计的基础

12、课。 第二章 设计内容和功能 2.1 电子吉他功能 电子 吉他 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。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。本文的主要内容是用 STC89C51 单片机为核心控制元件，设计一个电子 吉他 。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，在主控模块上设有 16 个按键和扬声器。 。 本系统是简易电子 吉他 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。本系统设计制作一个可演奏的电子 吉他 。综合应用了两项设计。 （

13、 1）键盘矩阵识别。即矩阵扫描，显示当前按键。 （ 2）不同频率音符播放。可以通过按键控制 16 种发音。 2.2 系统设计结构图 本设计是利用 STC89C51 单片机来对电子琴的主体部分进行设计，主要运用了 STC89C51 单片机的定时、中断功能。 定时器可以发出不同 频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大后，就会发出不同音调。 以 STC89C51 单片机为核心控制元件，与键盘、扬声器等部件组成核心模块 设计电子琴。其系统结构图如图 2-1： 南华大学电气工程学院课程设计 2 图 2-1 STC89C51 单片机最小系统 第三章 系统 主要硬件电路的 设计 3.1 STC89C5

14、1 单片机简介 MCS-51 是美国 Intel 公司生产的一系列单片机的总称，包括多个品种，如8031、 8051、 8751、 8032、 80C52、 8752 等。其中 8051 是最典型的产品，其他单片机都是在其基础上进行功能增减而来的，所以人们习惯于用 8051 来称呼MCS-51 系列单片机。 Intel 公司将 MCS-51 的核心技术授权给了多家公司，这些厂家生产的单片机在功能上或多或少有些改变，以满足 不同的需求 ，其中美国的ATMEL 公司生产的 AT89C51 是曾经在我国非常流行的 51 单片机。当前AT89C51/52 已经停产，其替代产品为 STC89C51/52

15、。深圳宏晶公司出品的STC89C51 可以直接代替传统的 STC89C51 和 AT89C51 芯片，也可以代替菲利普、华帮等其他公司的 89C51，由于时代的发展，工艺的进步， STC89C51 功能更强，寿命更长 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到 :内部振荡和外部振荡。 MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTALl 和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用 中常采用这种方式，如图 2-2 所示在其外接晶体振荡器 (简称晶振 )或陶

16、瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 图 2-2 中外接晶体以及电容 C2 和 C1 构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为 30P 左右，晶振频率选 11.0592MHz。 键盘扫描 STC89C51 数码管显示 扬声器播放音乐 电源部分 南华大学电气工程学院课程设计 3 为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现 的，在正常运行情况下，只要 RS

17、T 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果 RST 引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入 /输出 (1/0)端口寄存器置为 FFH，堆栈指针 SP 置为 07H, SBUF 内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部 RAM 的状态不受复位的影响，在系统上电时 RAM 的内容是不定的。复位操作有两种情况，即上电复位和手动 (开关 )复位。本系统采用上电复位方式。图 2-2 中 R9 和 Cl组成上电复位电路，其值 R 取为 10K, C 取为 10 F. 图 3-1 STC89C51 单片机最小系统 3.2 共阴 LED 数显 8 段数码管属于

18、 LED 发光器件的一种，分为 8 段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、DP，其中 DP 是小数点位，还包括一个公共端 COM 端。从电气上， 8 段数码管又分为共阴和共阳两种。共阴指数码管的公共端接负极，而各段接正极；共阳则正好相反。 在本设计中 利用 STC89C51 单片机的 P0 端口的 P0.0 P0.7 连接到一个 七段 数码管的 a h 的笔段上，数码管的公共端接 电源 。 南华大学电气工程学院课程设计 4 3.3 键盘电路 图 3-2 仿真电路的键盘 图 3-3 键盘示意图 图 3-4 键盘实物图 南华大学电气工程学院课程设计 5 3.4 蜂鸣器 蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作电流比较大，电路上的 TTL 电平基本上驱动不了蜂鸣器 。 蜂鸣器使用很方便，电流通过时蜂鸣器就发出响声，只要将蜂鸣器与单片机相连的I/O 口置为低电平，就可以驱动蜂鸣器发声。 图 3-5 蜂鸣器电路原理图 图 3-6 蜂鸣器 实物 图