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电子信息工程系毕业论文

单片机课程设计

课题：基于单片机的电子琴制作

专业班级电信（2）班

组员杨志福

洪参亮

张桂榕

许锐敏

魏温龙

完成日期5月14号

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总体方案

1系统设计要求

本系统分为两个部分，一个是音乐播放，另一个就是电子琴弹奏。

关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。具体要求如下：

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。

2电子琴系统的组成

单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。AT89C51单片机设计微型电子琴的方法，仅需AT89C51最小系统，扩展一组矩阵键盘，再接一组发光二极管用来指示电子琴的工作状态。

本系统分为两个部分，一个是音乐另一个就是电子琴。

音乐播放部分：乐音实际上是有固定周期的信号。本文介绍用AT89C51的两个定时器（如T0，T1）控制，在P3.7脚上输出方波周期信号，产生乐音，通过矩阵键盘按键产生不同的音符，由此操作人员可以随心所欲的弹奏自己所喜爱的乐曲，当不想弹奏时通过按放歌键可以演奏事先存放在单片机中的几首动听的曲子供消遣。当歌曲演奏完时，通过按复位键便可回到初始状态，这样就做出了一台微型电子琴。

由于一首音乐是许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，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，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。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，我们将每一音符的时间常数和其相应的节拍常数作为一组，按顺序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就可以实现演奏效果。

电子琴弹奏部分：实际上就是把每个按键所对应的值经过处理后发给单片机，再在单片机内把数字当作指针指向所对应的音符。

3系统框图

该系统通过电子琴按键随意键入所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。嵌入式电路，按键电路，LED显示电路和两个功能键组成，通过功能键可以选择播放音乐。其主要模块由五个部分组成,具体关系如图3-1所示:

功能选择（弹奏/播放）

功能选择（弹奏/播放）

4X4矩阵式键盘音频51单片机

4X4矩阵式键盘

音频

51单片机

AT89C51

LED显示

LED显示

图3-1带存储的电子琴框图

上图即为此次设计中的电子琴的硬件结构图，我们运用单片机的最小系统，用P0口的高四位和P0口的低四位作4X4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。

4硬件设计图

利用PROTEUS仿真设计的硬件电路图

图中的矩阵键盘，从上到下，从左到右，依次为键盘的0-15，在数码管上显示时顺序为0-9和A-F，在按功能键时，图上的两个指示灯会根据功能的不同实现亮/灭状态的切换。在播放内置音乐时，指示灯在一定程度上能指示出曲目的音符。

软件设计

4.1整体程序处理流程图

图4-1整体程序处理流程图

在电子琴开始工作时，系统默认电子琴处于弹奏状态，歌曲选择功能键的目的是赋予矩阵键盘第二功能，即对系统内置的歌曲进行选择，在放歌时能且只能通过弹奏/停止键来结束放歌，选歌时必须先按下歌曲选择功能键，在通过矩阵键盘来选择和切换曲目。

4.2I/O并行口直接驱动LED显示

把“AT89C51”区域中的P2.0/A8－P2.7/A15端口用8芯排线连接到一位数码管的a－h端口上；要求：P2.0/A8与a相连，P2.1/A9与b相连，P2.2/A10与c相连，……，P2.7/A15与h相连。

表1字形码表及对应的音符

1

0x3f

低5SO

9

0x7f

中6LA

2

0x06

低6LA

A

0x6f

中7SI

3

0x5b

低7SI

b

0x77

高1DO

4

0x4f

中1DO

C

0x7c

高2RE

5

0x66

中2RE

D

0x39

高3M

6

0x6d

中3M

E

0x5e

高4FA

7

0x7d

中4FA

F

0x79

高5SO

8

0x07

中5SO

0

0x71

高6LA

在本设计中，数码管