单片机原理与应用技术课程设计实习报告

基于单片机的电子琴控制系统

基于单片机的电子琴控制系统课程设计任务书

1.设计目的与要求

设计出一个基于单片机的电子琴控制系统。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：

（1）实现基本的音符1-7的弹奏和数码显示。

（2）自动弹奏播放一首简单的歌曲。

（3）随机弹奏曲子时，可以实时记忆，并可复读（重复播放）。（扩展功能，可选择设计）

2.设计内容

（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；

（2）确定元器件及元件参数；

（3）进行电路模拟仿真；

（4）sch文件生成与打印输出。

3.编写设计报告

写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

4.答辩

在规定时间内，完成叙述并回答问题。

班级：_ 姓名：_

摘要：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，采用半导体集成电路，对乐音信号进行放大，通过扬声器产生音响。用户可以自己弹奏乐曲，也可以自动伴奏。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，便于设计各种以单片机____控制系统。本课程设计是用at89s51单片机为核心控制元件，用其他外围电路配合单片机组成一个简单的电子琴控制系统，能实现音乐弹奏，自动播放音乐等功能。本系统功能由单片机控制实现，具有运行稳定，电路简单，软件功能完善，控制系统可靠等特点。

关键词：电子琴，单片机，外围电路，系统分析，汇编程序，仿真，pcb，调试

1 引言

本次设计的电子琴控制系统由单片机最小系统加上按键电路，数码显示电路，声音播放电路组成，通过单片机内烧写的汇编程序来输出控制信号控制外围电路的工作。电子琴设计不同于其他设计，需要输出1到7七个不同音阶的声音，因此信号的输出有其特殊性，可以利用单片机定时计数器产生不同频率的方波信号来形成七个不同的音阶，不同音阶的组合就能输出我们想要的音乐了。各个音阶的信息加以控制系统就能实现电子琴系统的设计。

2 总体设计方案

2.1 设计思路

2.1.1 硬件部分

由于需要实现的系统功能有按键输入7个音阶，按键播放预置的音乐，复位，数码管显示按键输入的音阶，播放声音。因此确定几个电路模块：复位电路，按键电路，数码管显示电路，声音输出电路。为了使单片机能正常工作还需要晶振输入电路。输入信号从单片机指定引脚输入，输出信号从指定引脚输出。为了后期pcb图制作的方便，有必要在设计电路时考虑优化。

2.1.2 软件部分

软件设计思路和硬件相似，硬件分为几个不同的功能模块，软件也就对应分为几个模块。软件可分为：主程序，音阶设置程序，按键设置程序，数码显示程序，声音输出程序，定时计数器控制中断程序，延时程序，预置音乐数据表格等。各模块之间互相调用形成完整的电子琴控制系统。由于电子琴要输出不同本文由实习报告收集整理频率的音阶，因此需要知道有关各个音阶对应频率的相关资料。编写程序时应特别注意程序信息与电路信息的对应。

2.2 设计方框图

硬件设计图见附录图1。

软件设计图见附录图2。

3 设计原理分析

3.1 振荡电路的设计

振荡电路为单片机工作提供基准定时信号，其他信号在此信号基础上产生。振荡信号由晶体振荡器产生，51单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入端（_tal1，_tal2）对外，只要外接晶振和电容组成的并联谐振回路，就构成一个自激振荡器，振荡器的频率取决于晶体的振荡频率，一般为12mhz，电容c1和c2的值有微调作用，一般取30pf左右。

振荡电路图见附录图3。

3.2 复位电路的设计

51单片机提供一个复位引脚rst，只要在其上施加持续一定时间的高电平。提供复位高电平的电路需要从外部接入rst引脚。实现复位功能的电路有多种形式。图4为此次采用的复位电路。上电时， 5v电源立即对单片机供电，同时给c3，c4充电，按下按键时rst上出现高电平，实现复位。电阻起限流作用。

复位电路图见附录图4。

3.3 按键电路的设计

按键电路由7个音阶输入按键1至7（分别对应7个音阶：do，rai，mi，fa，so，la，_i），和音乐选择按键8组成，接于p1口，7个按键代表7个音符。当按下按键时，单片机通过查询所按下的键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现按键发音。当读取需要电子琴已储存的歌曲时，按下按键8即可轮流播放以存储的歌曲。

按键电路图见附录图5。

3.4 数码管显示电路的设计

数码管显示电路由一个共阳极数码管和 5v电源输入组成。数码管的信号输入端接单片机的p0口。数码管由8个led组成，其中7个用来组成数字，另外一个显示小数点。由于是共阳极，8个led的正极组成公共端接高电平，当p0的8个端口的输出电位和led的公共端形成高低电位时，对应的led就导通从而被点亮，通过编程控制p0口输出电信号使相应的led点亮显示出期望的数字。在此系统中按键的同时，数码管会显示对应的数字，此功能需要编程来实现，按下不同的键之后单片机会向p0口发送不同的8位二进制数用来点亮数码管，此8位二进制数可由共阳极数码管编码表查得。

数码管显示电路图见附录图6，共阳极数码管编码表见附录表1。

3.5 声音输出电路的设计

此电路由电阻，npn三极管，扬声器组成，声音信号由单片机的p3.4口输入电路。电信号流入三极管的基极，三极管的集电极接 5v电源，电信号经三极管放大后由发射极流出并流入扬声器的正极，使扬声器发声。电阻有调节电路的作用。单片机的p3口既有普通的输入输出功能，还有第二功能，此处使用的是第二功能。当有按键按下时，p3.4口会输出相应的不同频率的方波信号，三极管也同频率导通，从而使扬声器发出声音。

声音输出电路图见附录图7。

3.6 电子琴控制系统汇编程序的设计

3.6.1 汇编程序

org 0000h //主程序

sjmp m1

org 000bh

mov th0，r1 //设置定时器初值

mov tl0，r0

cpl p3.4 //输出方波

reti

m0:mov r5，#00h

m1:clr a

mov c，p1.0 //判断是否为按键1

mov acc.0，c

jz do

mov c，p1.1 //判断是否为按键2

jz rai

mov c，p1.2 //判断是否为按键3

jz mi

mov c，p1.3 //判断是否为按键4

jz fa

mov c，p1.4 //判断是否为按键5

jz so

mov c，p1.5 //判断是否为按键6

jz la

mov c，p1.6 //判断是否为按键7

jz _i

mov c，p1.7 //判断是否为按键8

jz m5

ljmp m1

m5:ljmp m2

do:mov r1，#0fch //设定各音阶初值

mov r0，#43h

mov r2，#08h

mov p0，#0f9h //数码管显示1

ljmp ne_t

rai:mov r1，#0fch

mov r0，#0abh

mov p0，#0a4h //数码管显示2

mi:mov r1，#0fdh

mov r0，#08h

mov p0，#0b0h //数码管显示3

fa:mov r1，#0fdh

mov r0，#33h

mov p0，#099h //数码管显示4

so:mov r1，#0fdh

mov r0，#81h

mov p0，#092h //数码管显示5

la:mov r1，#0fdh

mov r0，#0c7h

mov p0，#082h //数码管显示6

_i:mov r1，#0feh

mov r0，#05h