基于单片机STC52的电子琴设计

单片机课程设计说明书题目：基于单片机STC89C52RC的电子琴设计学院名称：船山学院年级专业：09电气1班学号：20099450163学生姓名：石亦然指导老师：赵宇红2012年12月基于单片机的电子琴设计1摘要随着科学技术的不断发展，单片机的应用日益成熟。单片机集成度高、处理功能强大、价格低廉使其在各个领域得到广泛应用。同时电子琴作科学技术与音乐共同发展的产物，在这个电子信息化的时代，为音乐的大众化做出了不可代替的贡献。本文主要介绍一种基于51单片机的简易电子琴设计方案。它采用了STC公司出品的一款低功耗、高性能单片机STC89C52芯片作为主控单元，与4*4矩阵键盘、复位电路、LED双位数码显示器、扬声器等组成主控核心模块。文章详细论述了电子琴硬件设计和软件结构设计流程，采用了protel画出原理图、PCB图，通过Keil编程软件对电子琴进行软件编程，然后进行软硬件的调试运行并将程序烧录到STC89C52芯片中。此系统运行比较稳定，具有硬件设计电路简单、清晰，成本低，软件功能完善，控制系统牢靠，性价比高等优点，具有一定的实用和参考价值。关键词：STC89C52；电子琴；矩阵键盘基于单片机的电子琴设计2目录摘要...............................................................1目录...............................................................2第一章绪论.........................................................3第二章总体方案.....................................................42.1系统设计要求..................................................42.2系统框图......................................................42.3电子琴系统的组成..............................................5第三章硬件简介.....................................................63.1STC89C52......................................................63.2矩阵式键盘的识别和显示........................................93.3电子琴原理图.................................................11第四章软件设计....................................................124.1整体程序处理.................................................124.2I/O并行口直接驱动LED显示...................................124.3音乐播放设计.................................................12第五章结论........................................................14参考资料...........................................................16附录一完整程序....................................................17附录二原理图......................................................23附录三实物图......................................................24基于单片机的电子琴设计3第一章绪论随着大规模集成电路的出现和发展，芯片生产厂家把中央处理器CPU，随机存取内存RAM，只读存储器ROM，定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件，集成在一块集成电路芯片（硅片）上，形成芯片级计算机，称为单片微型计算机，直译为单片机。单片机虽只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义，又称微型处理部件MCU（MicroControllerUnit）,单片机商品名称为微控制器单元。虽然单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。现在，尽管单片机的应用已经很普遍了，但仍有许多可以用单片机控制而尚未实现的项目，因此，单片机的应用大有可以想象和拓展的空间。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件（编程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制系统“软化”技术，称之为微控制技术。微控制技术是一种全新基于单片机的电子琴设计4的概念，是对传统控制技术的一次革命。随单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实。简易电子琴系统就是以单片机为主要元器件设计的一个简易电子琴，这只是单片机应用的一个点，由点及面，希望可以更好的了解和应用单片机技术。之所以以单片机电子琴为选题，目的在于从日常生活能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也在实践中发现理论的不足，对目前日益广泛应用的单片机有了更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。通过单片机电子琴这个选题，更深层次的了解了单片机技术，以前只是有理论，实践的机会不是很多，在作单片机电子琴这个选题的过程中，更加熟练的掌握了一些单片机芯片的应用，也解决了很多以前理论和实践脱节的问题，可谓对单片机的认识有了一个小的飞跃。第二章总体方案2.1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。2.2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，基于单片机的电子琴设计5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1所示:图1系统结构组成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P1.3作信号输出口。2.3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。STC89C52单片机设计微型电子琴的方法，仅需STC89C52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：音乐实际上是有固定周期的信号。本文介绍用STC89C52的两个定时器（如T0，T1）控制，在P1.3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STC89C52单片机复位电路4*4矩阵键盘时钟电路发声模块显示模块电源电路基于单片机的电子琴设计6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。第三章硬件介绍3.1STC89C523.1.1STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。3.1.2主要功能特性与MCS-51兼容8K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz基于单片机的电子琴设计7三级程序存储器锁定512内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路图2stc89c52rc引脚图3.1.3管脚功能VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出基于单片机的电子琴设计84TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出