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《单片机应用与仿真训练》设计报告
基于单片机的电子琴设计
姓 名：
学 号： 专业班级 指导教师： 所在学院：
2025
河南理工大学本科课程设计报告
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摘要
单片微型计算机是大规模集成电路技术进展的产物，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、稳定牢靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的掌握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。
电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的掌握功能和敏捷的编程实现特性， 它已经溶入现代人们的生活中，成为不行替代的一局部。本文的主要内容是用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。
本文主要对使用单片机设计简易电子琴进展了分析，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，最终可随便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具体阐述。
一首音乐是很多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，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，固然对于单片机来产生不同的频率格外便利，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弄正确即可。
名目
1 概述………………………………………………………………………………
……………………
系统总体方案及硬件设计(宋体、小四，加粗，固定值 18 磅。以下一样要求)
软件设计
Proteus 软件仿真
课程设计体会参考文献
附 1：源程序代码附 2：系统原理图
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1 概述
1. 1 电子琴技术状况
本次设计提出了用 AT89S52 单片机为核心掌握元件，设计一个简易的电子琴. 本方案以 AT89S52 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 7 个按键和扬声器。依据使用者的操作随便弹奏想要表达的音乐。一首音乐是很多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率, 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，固然对于单片机来产生不同的频率格外便利，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。
1. 2 任务与要求
实现电子琴发声掌握系统；要求电路实现如下功能：
利用蜂鸣器作为发声部件，两个数码管作为显示部件，设置 10 个按键，实现高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7 的发音。并在存储一首歌曲的内容，可以实现自动播放。
用 PROTEUS 实现的电子琴仿真设计
说明：单片机的工作时钟频率为 。
3 主要芯片简介
AT89C52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件承受 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51 指令系统及 80C52 引脚构造，芯片内集成了通用 8 位中心处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为很多嵌入式掌握应用系统供给高性价比的解决方案。
AT89C52 具有如下特点：40 个引脚〔引脚图如图 1-1 所示〕，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器〔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〔WDTC〕电路，片内时钟振荡器。
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此外，AT89C52 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。空闲模式下，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保存RAM 的数据，停顿芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
图 1-1 AT89C52
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2 系统总体方案及硬件设计
本系统承受单片机 AT89C52 为电子琴的掌握核心，系统主要包括播放模块、安键掌握模块。下面对各模块的设计逐一进展论证比较。总电路图见附页二。
1 系统总体方案
定时/计数器的设计和状态字定义：
假设要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期〔1/频率〕，再将此周期除以 2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间， 反相，然后重复计时再反相。就可在 引脚上得到此频率的脉冲。利用 AT89C51 的内部定时器使其工作计数器模式〔MODE1〕下，转变计数值 TH0 及 TL0 以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为 523Hz，其周期 T＝1/523＝1912μ s，因此只要令计数器计时 956μ s/1μ s＝956，每计数 956 次时将 I/O 反相，就可得到中音 DO〔523Hz〕。计数脉冲值与频率的关系式是：N＝fi÷2÷fr，式中，N是计数值；fi 是机器频率〔晶体振荡器为 12MHz 时，其频率为 1MHz〕；fr 是想要产生的频率。其计数初值 T 的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr
例如：设 K＝65536，fi＝1MHz，求中音 DO〔261Hz〕。T＝65536－N＝65536－ fi÷2÷fr＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr，中音 DO 的 T＝65536
－500000/523＝64580。
单片机 12MHZ 晶振，中音符与计数 T0 相关的计数值如表所示：
音符
频率〔HZ〕
简谱码〔T 值〕
音符
频率〔HZ〕
简谱码〔T 值〕
低 1 DO
262
63628
# 4 FA#
740
64860
#1 DO#
277
63731
中 5 SO
784
64898
低 2 RE
294
63835
# 5 SO#
831
64934
#2 RE#
311
63928
中 6 LA
880
64968
低 3 M
330
64021
# 6
932
64994
低 4 FA
349
64103
中 7 SI
988
65030
# 4 FA#
370
64185
高 1 DO
1046
65058
低 5 SO
392
64260
# 1 DO#
1109
65085
# 5 SO#
415
64331
高 2 RE
1175
65110
低 6 LA
440
64400
# 2 RE#
1245
65134
# 6
466
64463
高 3 M
1318
65157
低 7 SI
494
64524
高 4 FA
1397
65178
中 1 DO
523
64580
# 4 FA#
1480
65198
# 1 DO#
554
64633
高 5 SO
1568
65217
中 2 RE
587
64684
# 5 SO#
1661
65235
# 2 RE#
622
64732
高 6 LA
1760
65252
中 3 M
659
64777
# 6
1865
65268
中 4 FA
698
64820
高 7 SI
1967
65283
承受查表程序进展查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音 0－19 之间，中音在 20－39 之间，高音在 40
－59 之间
用单片机播放音乐，或者弹奏电子琴，实际上是依据特定的频率，输出一连串的方波。为了输出适宜的方波，首先应当知道音符与频率的关系。
2. 1. 2音调数据表
单片机发出不同频率的方波，人听起来，就是不同的音调。
上表中的频率数值，有些过多，去掉不常用的黑键频率，只是把白键对应的数据存放在单片机中，即可满足绝大局部的应用需求。
定义音调数据表的程序如下：
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DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;64580,低音区:1 2 3 4 5 6 7 DW 64580,64671,64777,64820,64898,64968,65030 65058中音区:1 2 3 4 5 6 7 DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 65312高音区:1 2 3 4 5 6 7
把这个数据表，放在程序中，需要播音的时候，就从表中取出一个数据送到定时器，当定时器溢出中断的时候，再对输出引脚取反，那么，在扬声器中，即可听到上表中频率的声音。
音乐的音拍，一个节拍为单位〔C 调〕
曲调值
DELAY
曲调值
DELAY
调 4/4
125ms
调 4/4
62ms
调 3/4
187ms
调 3/4
94ms
调 2/4
250ms
调 2/4
125ms
2. 2 总体硬件组成框图
播放模块喇叭
中心掌握模块
AT89C52
按键掌握模块
按键状态
图 2-1 总体硬件组成框图
试验中每按下一个琴键，单片机能够检测到键盘的按键，并依据按键的位置， 通过程序来掌握，使喇叭发出不同频率〔音调〕的声音，声音延迟一段时间，等到按键放开之后，声音停顿。然后再连续扫描,看是否有键按下。如此循环，即可实现根本的琴键功能。
2. 2. 1 子系统模块一
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LED 显示模块如图 2-2 所示，利用 AT89S51 单片机的 P0 端口的 －
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。矩阵扫描显示当前按键模块如下：
播放模块是喇叭构成。它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。
2. 2. 2 子系统模块二
2. 2. 3 子系统模块三
电子琴设有 7 个按键，分别代表 7 个音符，包括中音段的全部音符。通过软硬件设计，按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现各种琴键的声音。
矩阵键盘模块图如下：
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2. 2 .4 AT89C52复位模块
2. 5 AT89C52晶振模块