电子琴的设计与制作论文

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1、电子琴的设计与制作【摘要】本文介绍了电子琴的设计与制作。该设计运用单片机对矩阵式键盘进行按键识别，根据识别结果P1.0口输出相应的音频信号，经过音频放大电路放大，驱动扬声器发出相应的音调。本设计实现了电子琴的声音的模拟，电路结构简单，稳定性高，产生的频率误差较小。【关键词】单片机键盘音频信号241、方案的论证与选择1.1任务要求该设计要求用单片机去实现简易电子琴的设计，电子琴应具有基本的弹奏功能，通过矩阵式键盘的输入，去控制不同的音符，经单片机处理后，使其产生不同的方波信号，该音符的频率误差应该小于1Hz。1.2方案的论证与选择单片机最小应用系统键盘输入音频放大电路方案一该方案

2、主要采用矩阵式键盘输入信号，经过单片机的软件程序处理，译出音频脉冲的频率，从单片机输出口，经过音频功率放大器，使扬声器发出乐音(其系统框图如图1所示)。图1方案一系统方框图方案一通过单片机对键盘按键的扫描，把16个不同按键的信号依次送往单片机进行处理，使其产生不同频率的方波，由单片机P1.0送往音频放大电路。根据其按键键码值的不同，产生的脉冲信号不同，则扬声器的声音不同。方案二这是以555时基电路为核心组成的多谐振荡器电路，通过改变按键开关接通不同的电阻值，来改变音调与音符（其系统方案二如图2）。按键控制电路音频放大电路音频信号控制电路乐音输出电路24图2方案二系统方框图方案二

3、采用555多谐振荡器完成电子琴设计，根据不同频率的方波产生不同音调，即只要知道某一音调的频率，就可以用电路模拟产生这种声音。前级电路是通过按键开关接通不同的电阻值实现，后级电路是通过电位器的调节，来改变其频率和占空比来实现。根据其输出端波形不同，则扬声器发出的声音不同。1.3方案的选择方案一运用单片机80C51，采用矩阵式键盘，结构简单，稳定性强，在编程时运用行扫描法使程序简单化，在音频电路中用LM138,从而产生高中低不同的音符。方案二采用数字电子电路，采用555定时器产生秒脉冲，其电路结构复杂，稳定性差，不易调试。而在产生频率方面，方案一运用单片机定时计数器，使频率误差应小

4、于1Hz，方案二运用555构成多谐振荡器，产生的频率误差应大于1Hz，其构成的音调电路复杂。根据所学知识以及设计要求，本设计采用方案一进行电路的设计。2硬件电路的设计与制做2.1单片机最小应用系统单片机最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。要使单片机能够满足设计要求，且使单片机正常工作，该系统由单片机，振荡电路和复位电路构成。2.1.1单片机的选择结合所学知识，本设计选用的单片机80C51，该单片机内部有4KB的片内程序存储器ROM和128B数据存储器RAM。片内只读存储器ROM用于程序存储器，编址为0000H-0FFFH根据程序需求，该设计无需外扩程序存储器，要

5、让单片机正常工作，应该让31号脚接高电平；片内读写存储器RAM（随机存取存储器），地址范围为0000H-FFFFH，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，同时还作为数据堆栈区。当存储的容量不够时，可以外部扩展。2.1.2时钟电路单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已经集成了振荡器，使用晶体振荡器接18、19号引脚（如图3所示）。本设计采用12MHz晶体振荡器，24每个机器周期为1us，一个机器周期为12个振荡周期，则振荡周期为1/12us,一个时钟周期为2个振荡周期，则时钟周期为1/6us，该单片机采用四周期指令，则指令周期为。XTAL1、XTAL

6、2分别接晶体振荡器的反相输入端和输出端，两个20pF的电容构成振荡电路。该电容会影响振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的速度。图3时钟电路2.1.3复位电路复位是单片机初始化操作，复位将单片机恢复到初始化状态，目的是使CPU及各各专用寄存器处于一个确定的初始状态。单片机复位原理是当通电瞬间稳压电源给电容充电。RST为复位输入端,当RST引脚持续两个机器周期以上的高电平时,使单片机完成复位操作。随着电容充电结束,将使电容与电阻之间将呈现低电平,单片机复位结束。复位操作的主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机程序存储器从0000H单元开始执行程序。此外，复位操作使P0-P

7、3这些引脚变为高电平，还会对内部的一些单元产生影响.设计主要采用上电自动复位（如图4所示），利用外部电路RC充电来实现上电复位，接通电源，只要VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。24图4复位电路综上所述，得出单片机最小应用系统的原理图，如图5所示。图5单片机最小应用系统242.2键盘根据本设计的需要，要实现高低不同的音符，且按键数目比较多，则本设计采用4*4矩阵式键盘进行音符输入。矩阵键盘结构图（如图6所示），在矩阵是键盘中，行线通过上拉电阻接到+5V上。有按键按下时，行线