基于单片机的简单电
子琴毕业设计
目录
1引言 (1)
2 总体设计 (2)
2.1 设计目的与要求 (2)
2.2 电子琴系统的组成 (2)
2.3 系统设计框图 (3)
3 详细设计 (4)
3.1 硬件设计 (4)
3.2 硬件简介 (5)
3.2.1 AT89C51简介 (5)
3.2.2 LED数码管 (10)
3.3整体程序处理流程图设计 (11)
3.4矩阵式键盘的识别和显示与设计 (12)
3.4.1矩阵式键盘的结构与工作原理 (12)
3.4.2矩阵式键盘的按键识别方法 (13)
3.4.3键盘接口必须具有的4个基本功能 (15)
3.5音乐播放设计 (16)
3.5.1音乐发声原理 (16)
3.5.2音乐播放流程图 (18)
3.5.3放歌子程序流程图 (18)
4实现联调 (20)
4.1 Proteus 简介 (20)
4.2 keil 简介 (20)
4.3利用keil与Proteus进行的调试 (21)
5 总结与展望 (23)
参考文献 (25)
Abstract： (26)
致谢 (27)
附录A：程序设计 (28)
附录B 印制电路板（PCB）设计 (34)
基于单片机的简单电子琴设计
摘要：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。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析与设计，并介绍了基于单片机电子琴的系统硬件组成。该文设计是一种基于AT89C51的简单音乐发生器，利用单片机技术、键盘和一组发光二极、SPEARK等实现原理图设计，并用C51语言进行键盘识别程序设计和音频脉冲输出程序的设计。经过软件和硬件的联调，并仿真出来。该音乐发生器不仅能通过键盘弹奏出来简单的乐曲，而且不弹奏时按播放键可以播放置音乐，音调和节拍都由单片机控制实现。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
关键词：单片机；键盘；扬声器；电子琴
1引言
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
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，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。
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，它在现代音乐扮演着重要的角色，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。
之所以以单片机设计简易的电子琴为选题，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，使理论和实践跟家很好的结合。
通过单片机设计简易电子琴这个选题，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，在做单片机设计简易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。
本文的主要容是用AT89C51单片机为核心控制元件，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。并且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统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本文分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
2 总体设计
2.1 设计目的与要求
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存在定义的表中。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，每一个键代表一个音符。
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.固定音乐播放由按键控制：“播放”按键，“弹奏/停止”按键。
5.弹奏电子琴时能播放出准确的声音，不弹奏时可以播放置音乐。
2.2 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，一个是音乐的播放，另一个就是电子琴的弹奏。
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播放键可以演奏事先存放在单片机中的几首简单的曲子。当歌曲演奏完时，通过按复位键便可回到初始状态，这样就做出了一台简易电子琴。
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，每一音符对应着固定的频率，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，再在单片机把数字当作指针指向所对应的音符。
2.3 系统设计框图
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。该设计由嵌入式电路，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,具体关系如下图2-1所示。