专业方向课程设计报告-基于单片机的电子琴设计

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1、专业方向课程设计报告基于单片机的电子琴设计班级:组员:组号:基于单片机的电子琴设计1、设计要求4*4按键组成16个按键矩阵，设计成16个音。然后再用一个音频放大模块來使音乐播出的声音变大。用户口J通过这16个键的随意组合來随意弹奏想要表达的音乐。且按键松开延吋一段时间停止，中间再按别的键则发另一音调的声音。2、方案比较与确定方案一：使用单片机内部定时器，通过编程实现发出不同频率方波，产生音阶。方案二：使用8253作为外部定时器，通过编程实现产生所需频率的方波。通过对方案一和方案二的比较可以知道，方案一是通过使用单片机内部定时器，以编程实现方波输出，优点在于外部电路简单，程序结构简单，缺点在于消

2、耗单片机资源过多，不利于优化升级；方案二是利用8253来产生方波，相对来说这种方案外部电路较为复杂，程序结构也更为复杂，优点在于山用单片机资源少，输出稳定，利于扩展；为简化结构我们选择方案。2.1方案一设计2.1.1方案：利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想耍表达的音乐。并冃分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。按下键盘矩阵屮的按键会使扬声器播放器对应的音符。具原理框图如下：12MHZ»”钟诃一数辔囂器1—扬声器键盘输入~>音频编码电路图1电路方框图2.1.2.1硬件设计规划：根据系统设计耍求，系统设计采用自顶向下的设计方法，它由复位模块、音

3、调发生模块和矩阵键盘模块三部分组成。电子琴系统原理框图如下：图2电子琴系统原理框图2.1.2.2AT89C52芯片介绍其中AT89C52为8位低功耗单片机，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包描对会聚主IC内部寄存器、数拯RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和GND（20脚）为

4、供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）定义为双向8位三态I/O接口，它既可以作为通用I/O接口，又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口；P1端口（1飞脚）定义为准双向I/O接口，内部具有上拉电阻；P2端口（21〜28脚）定义为8位准双向I/O接口，内部具冇上拉电阻，可直接连接外部I/O设备，同时与地址高8位复用；P3端口（10〜17）定义为8位准双向I/O接口，内部具有上拉电阻，它是双功能复用口，每个引脚可驱动4个TTL负载。2.1.2.2晶振电路AT89C52单片机的定时控制功能是用时钟

5、电路和振荡器完成的，而根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟方式和外部时钟方式。本设计屮釆用内部时钟方式。单片机内部有一个反相放大器XTAL1,XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件组成振荡器，产生时钟送至单片机内部各元件。时钟频率越高，单片机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。一般来说单片机内部冇一个带反馈的线性反相放大器，外接品振和电筒就可以组成振荡器，如图所示。加电以后延时一段时间振荡器产生时钟，不受软件控制。亠（22・沖F・<•〒巳CP・…U1••19:XTAL115XTAL2••牛…・C3图3晶振电路2.1.2.3音调发生模块音调发生模块的作用是产生音阶

6、的分频预置值。当7位发声控制输入信号屮的某一位为高电平吋，则对应某一音节的数值将输出(通过对照图4各音名对应的分频系数值及初始值)该数值即为该音阶的分频初始值，分频预置值控制数控分频模块进行分频，由此可得到每个音阶对应的频率。(1)基准频率的选取各音名所对应的频率可由一频率较高的基准频率进行整数分频得到，所以实际产生各音名频率为近似的整数值。这是由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将得到的分频系数四舍五入取整，若基准频率过低，则由丁分频系数过小，四舍五入取整后的误差较大，若基准频率过高，虽然误码差较小，但分频结构将变大，实际的设计应综合考虑两方面的因素，在尽量减小频率差的前提

7、下取舍合适的基准频率。本次设计选择12MHz作为基准频率。(2)分频系数A、公用二进制的计数容量N及初始值的选取D1、分频系数的选取首先将12MHz的基准频率进行12分频，得到1MHz的基准频率，分频系数A=lMHz/音名频率，此分频系数可由计数器实现。但若不加处理语句，其分频后的信号将不是对称方波。而占空比很小的方波很难使扬声器有效地发出声响。为得到对称方波，可将分频系数A分解为：分频系数A二分