1摘要本文的主要內容是用AT89C51單片機為核心控制元件，通過脈沖信號產生出電子音調，設計一個簡易電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設有16個按鍵和揚聲器。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實用和參考價值。關鍵詞：AT89S51、單片機、音色、音階、頻率、電子琴設計2目錄摘要.1引言.3第一章緒論.41.1論文特點及研究意義.41.2設計目的.4第二章系統(tǒng)設計.52.1簡易電子琴設計方案.52.1.1能夠實現(xiàn)基本的琴鍵功能.52.1.2能夠實現(xiàn)調節(jié)電子琴音色功能.錯誤!未定義書簽。2.2系統(tǒng)的總框圖.52.3系統(tǒng)工作原理.5第三章硬件電路.73.1硬件電路圖.73.2電路各部分簡要分析.73.2.1按鍵電路.73.2.2放大電路.83.2.3復位電路.83.2.4時鐘電路.93.3元件參數(shù).103.4單片機音符與單片機頻率的關系.錯誤!未定義書簽。第四章軟件流程.114.1設計思路與流程圖.114.1.1程序介紹.12第五章元器件介紹.135.1元器件的種類.135.1.1AT89C51.135.1.2管腳說明.145.1.3LM386介紹.15第六章制作與調試方法.17第七章總結.18致謝.19參考文獻.20附錄.213引言隨著社會的發(fā)展進步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設計一個基于單片機的簡易電子琴。我們對于電子琴如何實現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強弱控制、節(jié)拍器、自動放音功能等等也很好奇。電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結合的產物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(xiàn)特性，它已經溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文主要對使用單片機設計簡易電子琴進行了分析，并介紹了基于單片機電子琴統(tǒng)硬件組成。利用單片機產生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達的音樂。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調試來詳細闡述。4第一章緒論1.1論文特點及研究意義本論文設計的為電子琴，電子琴又稱作電子鍵盤，屬于電子樂器(區(qū)別于電聲樂器)，發(fā)音音量可以自由調節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個管弦樂隊的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如合唱聲，風雨聲，宇宙聲等）。另外，電子琴在獨奏時，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有效果器，如混響、回聲、延音，震音輪和調制輪等多項功能裝置，表達各種情緒時運用自如。本論文設計的電子琴雖是簡易電子琴，功能和真正電子琴有不小差距，但本論文設計的是電子琴的基礎，對進一步研究電子琴有很大的促進作用。本設計易懂、簡練，所用器件常見，上網查詢資料方便，電路模塊具有通用性，非常適合廣大電子愛好者制作。1.2設計目的（1）能夠對電子電路、電子元器件、印制電路板等方面的知識有進一步的認識，獨立對其進行測試與檢查。（2）熟悉89C51單片機的內部結構和功能，合理使用其內部寄存器，能夠完成相關軟件編程設計工作。（3）為實現(xiàn)預期功能，能夠對系統(tǒng)進行快速的調試，并能夠對出現(xiàn)的功能故障進行分析，及時修改相關軟硬件。（4）對軟件編程、排錯調試、焊接技術、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。5第二章系統(tǒng)設計2.1簡易電子琴設計方案2.1.1電子琴設計要求設計一簡易電子琴，要求能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7等七個音符。使用元件：AT89C51、LM386，揚聲器，按鍵等2.1.2能夠實現(xiàn)基本的琴鍵功能即每按下一個琴鍵，單片機能夠檢測到鍵盤的按鍵，并根據(jù)按鍵的位置通過程序來控制，使揚聲器發(fā)著不同頻率的聲音，聲音延遲延遲一段時間，等到按鍵放開后，聲音停止。然后再繼續(xù)掃描，看是否有鍵按下，如此循環(huán)下去，即實現(xiàn)基本的琴鍵功能。2.2系統(tǒng)的總框圖圖2.1總框圖2.3系統(tǒng)工作原理一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片機來產生不同的頻率非常方便。樂音實際上是有固定周期的信號。本文可以用AT89C51的一個定時器（如振蕩器分頻器電源鍵盤振蕩器單片機揚聲器6T1）控制,在P1.0腳上輸出方波周期信號,產生樂音。根據(jù)不同的按鍵,調節(jié)T1的溢出時間,可輸出不同頻率的樂音,這樣就做出了一臺簡易電子琴。即算出某一音頻的周期，然后將此周期除以2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期時間，每當計時到后，就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復計時，此半周期再對I/O反相，即可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。因此我們可以利用單片機的定時器，使其工作在計數(shù)器模式MODE1下，改變計數(shù)值TH0及TL0來產生不同頻率的信號，從而產生不同的音符。2.2.1單片機音符與單片機頻率的關系本次設計中，單片機晶振為12MHz,那么定時器的技術周期為1MHz，加入選擇工作方式1，那T值便為T=216x（x為THX、TLX的初值）。那么根據(jù)不同的頻率計算出應賦給定時器的計算值，表3.1列出不同音符與單片機計數(shù)T0相關的計數(shù)值。表3.4音符與單片機頻率對應表音符頻率簡譜碼音符頻率簡譜碼低3M33064021中4FA69864820低4FA34964103中5SO78464898低5SO39264260中6LA88064968低6LA44064400中7SI98865030低7SI49464524高1DO104665058中1DO52364580高2RE117565110中2RE58764684高3M131865157中3M65964777高4FA1397651787第三章硬件電路3.1硬件電路圖(介紹總共)基于AT89C51芯片的簡單電子琴的電路圖如圖3.1。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U280C52R410kC310uFVCCVCCGNDY112MHzC630pFC730pFGNDIN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8VS6GND4U1LM386M1(8)R110kR2470GNDGNDGNDC247uFLS1SPEAKERR310C5473GNDVCCC4104C110uFGNDS2SW-PBS5SW-PBS8SW-PBS11SW-PBS3SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS12SW-PBS4SW-PBS7SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PB123J1CON3VCCGND圖3.1硬件電路圖3.2電路各部分簡要分析3.2.1按鍵電路單片機P2口為輸入接口，接有一組按鍵，共16個。這16個按鍵S1S16通過排阻，分別按順序與單片機的P2口P2.1P2.7相接，共同組成整個電路的按鍵控制部分，為整個電路提供輸入信號。如圖3.28S2SW-PBS5SW-PBS8SW-PBS11SW-PBS3SW-PBS6SW-PBS9SW-PBS12SW-PBS4SW-PBS7SW-PBS10SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PBS17SW-PB圖3.2按鍵電路3.2.2放大電路單片機P1.0為輸出端，連接著整個電路的發(fā)聲放大部分。這部分是整個電路的關鍵所在，脈沖電壓信號通過電解電容（因為本例單片機所產生的信號頻率較低，所以選用相對容量較大的電解電容）和反向放大器相連。輸入電阻、運算放大器和反饋電阻共同組成反向放大器。電壓信號經過輸入電阻，流入運算放大器的反向輸入端，輸出信號經過反饋電阻，反饋到反向輸入端，同時接入閉環(huán)保護電阻，也可防止共模電壓超出極限值。集成運放將放大的信號經過電解電容傳給揚聲器，以驅動揚聲器發(fā)聲。如圖3.3IN+3IN-2BYPASS7VOUT5GAIN1GAIN8VS6GND4U1LM386M1(8)R110kR2470GNDGNDGNDC247uFLS1SPEAKERR310C5473GNDVCCC4104C110uFGND圖3.3放大電路3.2.3復位電路當單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。本次設計采用手動復位電路。在單片機啟動后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關9導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。如圖3.4R410kC310uFVCCGND圖3.4復位電路3.2.4時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號