1、电子琴设计目录引言 11 方案论证 21.1 设计的任务 21.2 设计的要求 21.3创新部分 21.4各部分元器件选用方案论证 21.4.1 单片机的选用 21.4.2 显示元件的选用 31.4.3 键盘的选用 31.4.4 电源的选用 41.4.5 其他元器件的选用 42 系统硬件设计 52.1 总体设计 52.2 单片机最小系统 52.3 按键的连接 62.4 显示屏的连接 62.5 整体电路 73 系统软件设计 83.1主程序的设计 83.2 显示子程序的设计 93.3 定时子程序的设计 94 软硬件联调过程中出现的问题和解决办法 10结论 11致谢 12参考文献 13电子琴总体设计
2、图 14引言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。目前市场上各种品牌、型号的电子琴有上百种，由几十块的玩具电子琴到几百，几千的学习、演奏用琴真是琳琅满目，电子琴能够模仿各种音色和具有自动伴奏功能，这些是电子琴最基本的特征。档次的高低无非是音色模仿的是否逼真，自动伴奏设计的是否丰富，或者增加了其他制作，编曲功能的。本设计主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴系统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的7个音符，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本设计分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。1 方案论证1.1 设计
3、的任务本课程设计的任务是应用单片机制作一个简易的电子琴，能够准确发出基本的音符，并且同时能将音符在显示屏上现实出来。1.2 设计的要求利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出8个不同的音调，并且要求按下键发声，松开延时一段时间停止，中间再按别的键则发另外一音调的声音。当系统扫描到有按键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就回发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键发音程序，发出后按的键的音调。1.3创新部分1用一个诺基亚
4、5110显示屏来显示当前所发出的音符，便于使用者对音符的识别，还可以编辑一首歌并同时显示歌词和时间。2.可播放音乐。1.4各部分元器件选用方案论证1.4.1 单片机的选用STC单片机是一款增强型5l单片机，完全兼容MCS-51。STC89C52可以代替AT89C51，而且功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。该单片机具有40个引脚，采用双列直插DIP-40封装。STC89C52可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。因此，将AT89C51中的程序直接烧录到STC89C52中后，STC89C52就可以代替AT89C51直接工作。STC推出的系列51单片机芯片全面兼容其它51单片机。
5、STC89C52内部有E2PROM，可以在程序中修改，而且断电不丢失数据。此外，还增加了两级中断优先级等等。1.4.2 显示元件的选用液晶显示模块采用的是NOKIA公司生产的LCD5110液晶显示模块。该液晶屏为48*84点阵的格式，每个英文字符占用6*8个点阵，一行可以显示14个字符，可以显示六行。汉字可以采用两种点阵方式显示，一种是12*12点阵，一种是16*16点阵，一共可以显示3行汉字。LCD5110有10个引脚，原理图如图1所示：引脚1为LCD5110的复位键，由软件控制即可。引脚2为片选端，引脚3用于控制输入的数据是命令还是普通数据。引脚5为液晶显示器的时钟输入，引脚6为电源输入端
6、，引脚8为电源地。引脚7为背光控制开关，低电平打开背光。引脚9、10用于扩展。1.4.3 键盘的选用常用键盘分为独立式键盘接口和行列式键盘接口。本次课题设计使用的是独立式键盘接口。独立式键盘接口就是各键是相互独立的，每个按键各接一条输入线，检验输入线电平的高低可以很容易判断哪个按键被按下。这种键盘适用于按键较少后操作速度较高的场合。我们共用了9个按键，其中8个按键控制1、2、3、4、5、6、7、i的发音。还有一个按键控制LCD屏的显示。1.4.4 电源的选用要想使单片机正常运行，可靠、稳定的电源必不可少，在以往的电子设计中，我们一般制作5V电源，这样做的目的是通过变压器变压，将民用220V电直
7、接转为5V电供单片机使用，在没有电脑USB时可以直接找一个插座接上便可使用。但缺点是制作成本较高，且体积较大，烧录程序时还需要另配烧录器。由于我们在课程设计过程中时刻都要使用笔记本电脑，且程序需要在线烧写，故我们选择使用了USB烧录器，既可以在线烧写程序也可以当作电源使用，方便快捷。1.4.5 其他元器件的选用在确定了单片机芯片、诺基亚5110显示屏、电源模块和按键后，我们还确定选用排针、排阻、导线若干以及用于单片机最小系统的电容、晶振、电阻等。2 系统硬件设计2.1 总体设计本设计采用STC89C50032RC单片机作为系统控制芯片，单片机对P0口的按键进行查询，如果有按键按下，则产生相应频
8、率的脉冲通过P2.0口输出，再经过放大电路驱动扬声器，发出相应的音调。在显示系统中对当前的音符进行显示。系统的总体框图如图2所示：2.2 单片机最小系统 最小系统包括晶振电路、复位电路和电源部分。最小系统电路图如图3所示：图3 最小系统电路图2.3 按键的连接 一共有八个按键，分别和单片机的P1口相连，并分别连接一个上拉电阻。电路图如图4所示：图4 按键连接电路图2.4 显示屏的连接显示屏总共有八个引脚，其中VCC和GND分别接3.3V电源和接地，其他引脚与单片机的P0口相连。电路图如图6所示：2.5 整体电路综合上面所介绍的各个模块的电路图的连接情况，最后总结出整体的电路图。整体电路图如图7
9、所示:图7 电子琴整体电路图3 系统软件设计3.1主程序的设计设计软件应从设计主程序着手开始，而设计程序应从流程图开始，经过考察论证，查阅资料，再根据所学的单片机编程的知识，最后总结出主程序的流程图如图8所示：3.2 显示子程序的设计指令格式分为两种模式：如果D/C（模式选择）置为低，当前字节解释为命令字节(见表1)。如果D/C置为高，接下来的字节将存储到显示数据RAM。每一个数据字节存入之后，地址计数自动递增。在数据字节最后一位期间会读取D/C信号的电平。每一条指令可用任意次序发送到PCD8544。首先传送的是字节的MSB（高位）。当SCE为高时，串行接口被初始化。在这个状态，SCLK时钟脉
10、冲不起作用，串行接口不消耗电力。SCE上的负边缘使能串行接口并指示开始数据传输。表1 命令字节3.3 定时子程序的设计定时子程序只需将TAB中对应的数值送给定时器的初值寄存器，然后开始定时。4.软硬件联调过程中出现的问题和解决办法问题1：将USB烧写器尾部的短路帽子摘掉后插上电脑，程序无法烧写进芯片。解决措施：将STC中单片机的设置更改为STC89C52型号的，再将波特率改小一点，端口设置正确即可。问题2：程序烧录进去后显示屏不显示任何数字。解决措施：将USB口从电脑上拔下然后再插入即可。问题3：按键按下之后扬声器的声音抖动。解决措施：将放大电路检查一遍再将每个焊点焊实即可。 结论1.在原设计
11、的基础上，我还加入了显示模块。用诺基亚5110的液晶显示屏，完成弹奏音符的显示，使设计更加完美。了解的音乐产生的原理。音乐的产生是通过单片机的IO端口输出高低不同的脉冲信号来控制蜂鸣器发声。不同的音频信号的周期不同，通过单片机的定时器，给定时器设置不同的初值，通过定时器中断，中断过程中对IO端口取反，就得到了音频信号的脉冲。2.我们还发现了蜂鸣器的问题，一开始我们用的蜂鸣器是有源的，声音小，把分压电阻短路后，声音大了，可是一直“滴滴”响个不停。上网查证后，发现蜂鸣器分为有源和无源的，电子琴设计要用无源的蜂鸣器。虽然是个小问题，但是也增加了一个小知识点。致谢这个学期在王老师的悉心教导下我对单片机
12、有了一定的了解，并在老师的带领下完成了电子琴的设计，在设计中遇到很到问题，都在我们的共同努力下解决，在此我特别感谢王老师对我的帮助以及肯定。通过这次课题设计，我的收获很大。我们获得了知识，完成了设计，锻炼了独立思考能力，和动手能力。我也体会到无论是硬件设计还是软件编程，细节决定成败，一定要认真对待每一个小步骤。参考文献1单片机原理及接口技术实验 朱定华 北京 北方交通大学出版社2002.11 :78-1182 欧伟明，周春临，瞿遂春.电子信息系统设计M，西安电子科技大学出版社，2005.9. 67-1073融会贯通 Protel99电路设计 弘道工作室 北京 人民交通出版设，2000.46-894 李建忠.单片机原理及应用M，西安电子科技大学出版社，2008.2. 25-107电子琴总体设计图
