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《嵌入式系统原理与应用》综合设计报告
简易电子琴系统设计
系部：电子与信息工程系
专业班级：
学生姓名：
学号：
小组成员：
指导教师：
时间：2012.6.4~2012.6.29
完成日期2012年6月
目录
1绪论 (1)
1.1 综合设计目的 (1)
1.2 简易电子琴简介 (1)
1.2.1 电子琴在中国的发展 (1)
1.2.2 电子琴发明的意义 (1)
1.2.3 电子琴的电学原理 (2)
1.3芯片简介 (2)
1.3.1 LM3S2110微控制器 (2)
1.3.2 ARM Cortex-M3处理器内核 (3)
1.3.3 通用输入/输出端口（GPIO） (3)
1.3.4 脉宽调制器 (PWM) (3)
2综合设计内容 (4)
2.1综合设计题目 (4)
2.2综合设计要求 (4)
2.2.1主要内容 (4)
2.2.2主要技术指标、要求 (4)
2.2.3所用设备与器材 (4)
3 硬件方案 (5)
3.1 系统硬件的构成与原理 (5)
3.2 ARM 2110开发板原理与应用 (5)
3.2.1 LM3S2110特性概述 (5)
3.2.2 LM3S2110的GPIO特性 (6)
3.3 独立按键 (6)
3.4 矩阵键盘 (7)
3.5蜂鸣器 (8)
3.6 LED灯应用方式 (9)
3.7 1602字符液晶屏 (10)
4 软件方案 (11)
4.1设计原理框图 (11)
4.2程序流程图 (11)
4.3导线连接方案 (12)
4.4调试过程 (13)
5结束语 (14)
5.1设计总结与感想 (14)
5.2答谢词 (14)
参考文献 (15)
附录一 ARM 2110芯片 (16)
附录二4×4矩阵键盘 (16)
附录三蜂鸣器模块 (17)
附录四 LCD显示屏 (17)
附录五 LED灯模块 (18)
附录六实验成果图 (18)
附录七程序清单 (19)
1.头文件 (19)
2.定义LED (19)
3.定义KEY (19)
4.LCD模块使能 (19)
5.LCD显示 (20)
6.LED灯模块 (21)
1绪论
1.1 综合设计目的
通过本次综合设计，运用已学的课程知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,对《嵌入式系统原理与应用》课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。
1.2 简易电子琴简介
电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，它在现代音乐中扮演着重要角色。
1.2.1 电子琴在中国的发展
在中国，1958年北京邮电学院研制了一台电子管单音电子琴。由于种种原因，至1977年后，我国才大批生产电子琴。1989年，我国年产儿童电子琴200万台，并出口39万台。中国的电子琴事业正在迅速发展。
电子琴发展很快，琴的各项功能日趋完善。音色和节奏有最初的几种发展到现在的几百种。除寄存音色外，还可通过插槽外接音色卡。合成器的某些功能，如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到电子琴上。
1.2.2 电子琴发明的意义
电子琴的发明具有重大的意义：
（一）电子琴的发明极大地推动了流行音乐的发展；
现代的流行音乐离不开电子琴，键盘手一般是现代电声乐队的中坚力
量。（单排键）电子琴、电吉他、架子鼓是流行音乐的三项主流乐器。
（二）电子琴的发明使人们可以演奏出未曾拥有的音色，丰富了人们情感的表现；电子琴创造出了许多其他乐器无法演奏出的音色，甚至自然不存在的音色，这些音色帮助了人们通过音乐表现自己的情感，在很多电视节目或者音乐作品中都有运用。
（三）电子琴的发明推动了音乐的普及，它让音乐真正成为了大众的音乐，成为了人类社会不可缺少的东西。电子琴是目前用于音乐普及教育和音乐素质培养最多的乐器，它的经济性为他在普通家庭中的普及带来了可能。
电子琴作为科技与音乐的产物，在信息化和电子化的时代，为音乐的大众化做出了不可磨灭的贡献，现代歌曲的制作，很多都需要电子琴才能完成，然后才通过媒介流传开来，电视剧电影插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。
1.2.3 电子琴的电学原理
现在的电子琴一般使用PCM或AWM采样音源。所谓采样就是录制乐器的声音，将其数字化后存入ROM里，然后按下键时CPU回放该音。甚至有一些高级编曲键盘可以使用外置采样。现代电子琴并非“模仿”乐器音色。它使用的就是真实乐器音色。当然，现在力度触感在电子琴里是必备的。而且现代电子琴还加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。甚至也带上了老式电子琴的FM合成机构。
1.3芯片简介
1.3.1 LM3S2110微控制器
本次设计任务所要使用到的微控制器是德州仪器(TI)公司提供的LM3S2110微控制器，这款微控制器是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，它为对成本尤其敏感的嵌入式微控制器应用方案带来了高性能的32位运算能力。该Stellaris系列芯片能够提供高效的性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择，适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控
制以及连接能力的应用方案。
1.3.2 ARM Cortex-M3处理器内核
Cortex-M3内核主要是应用于小管脚数、低成本和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3采用了新型的单线调试技术，专门拿出一个引脚来做调试，节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍，因此其发展趋势亦不容小觑。
1.3.3 通用输入/输出端口（GPIO）
GPIO模块由8个物理GPIO 模块组成，每个对应一个独立的GPIO 端口（端口A, 端口B, 端口C, 端口D, 端口E, 端口F, 端口G, 和端口H）。GPIO模块遵循FiRM规范，并且支持11-40 个可编程的输入/输出管脚，具体取决于正在使用的外设。
1.3.4 脉宽调制器(PWM)
脉宽调制（PWM）是一项功能强大的技术，它是一种对模拟信号电平进行数字化编码的方法。在脉宽调制中使用高分辨率计数器来产生方波，并且可以通过调整方波的占空比来对模拟信号电平进行编码。PWM通常使用在开关电源和电机控制中。Stellaris PWM模块由1个PWM发生器模块1个控制模块组成。PWM发生器模块包含1个定时器，2个PWM 比较器，PWM信号发生器，死区发生器和中断选择器。而控制模块决定了PWM信号的极性，以及将哪个信号传递到管脚。
PWM发生器模块产生两个PWM信号，这两个PWM信号可以是独立的信号，也可以是一对插入了死区延迟的互补信号。PWM发生模块的输出信号在传递到器件管脚之前由输出控制模块管理。
PWM模块具有极大的灵活性。它可以产生简单的PWM信号，如简易充电泵需要的信号；也可以产生带死区延迟的成对PWM信号，如供半-H桥驱动电路使用的信号。
2综合设计内容
2.1综合设计题目
简易电子琴
2.2综合设计要求
2.2.1主要内容
利用实验资源实现简易电子琴的功能：
(1) 用蜂鸣器发出不同声音；
(2) 使用LCD显示器来显示音阶输入的相关信息；
(3) 当按下键盘组相对按键，蜂鸣器会发出相对音阶单音，共有两个8度音阶；
(4) 至少可以输入16个单音，可以一起演奏出来；
(5) 演奏时可以按键中断；
(6) 可以实时显示目前演奏的单音码。
2.2.2主要技术指标、要求
(1) 充分利用自己设计的开发板的硬件的资源进行设计；
(2) 通过调整PWM的周期，改变占空比生产不同频率的信号；
(3) 实现按键发出相对音阶单音；
(4) 利用1602A动态显示音阶消息。
2.2.3所用设备与器材
（1）ARM 2110 芯片
（2）4×4矩阵键盘
（3）单片机/嵌入式实践平台的功放模块（即蜂鸣器）
（4）1602 LCD液晶显示屏
（5）LED灯模块
3 硬件方案
3.1 系统硬件的构成与原理
本次设计的简易电子琴系统主要使用到的硬件有LM3S2110微控制器、独立按键、4×4矩阵键盘、LED灯模块、蜂鸣器、LCD液晶显示屏、电源等。该系统的原理框图如图4.1所示，利用LM3S2110微控制器驱动液晶显示屏、蜂鸣器和LED灯模块；使用独立按键来跳出、停止或开启蜂鸣器播放音乐；使用矩阵键盘来实现简易电子琴的演奏功能；使用LED灯来显示音阶。
3.2 ARM 2110开发板原理与应用
ARM2110开发板中包含一块LM3S2110微控制器，另外主要可以使用的元器件有：1个RST键，4个独立按键，通用输入/输出端口（GPIO）。该开发板的原理电路图见附录一。
3.2.1 LM3S2110特性概述
LM3S2110 微控制器是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子贩售机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动化、HV AC 和建筑控制、游戏设备、运动控制、医疗器械、以及火警安防。
除此之外，该LM3S2110微控制器的优势还在于能够方便的运用多种ARM的开发工具和片上系统（SoC）的底层IP应用方案，以及广大的用户群体。另外，该微控制器使用了兼容ARM的Thumb指令集的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。LM3S2110微控制器与Stellaris系列的所有成员是代码兼容的，这为用户提供了灵活性，能够适应各种精确的需求。与此同时，它还提供出色的计算性能和优越的系统中断响应能力。总的来说，其特性包括：
（1）紧凑的内核；
（2）Thumb-2指令集，在通常与8位和16位设备相关的存储容量中，特别是在微控制器级应用的几千字节存储量中，提供ARM内核所期望的
高性能；
（3）高速的应用通过Harvard结构执行，以独立指令和数据总线为特征；
（4）优越的中断处理能力，通过执行寄存器操作来实现，这些寄存器操作在处理硬件中断时使用；
（5）存储器保护单元（MPU）为复杂的应用提供特权操作模式；
（6）从ARM7? 控制器系列中移植过来，以获得更好的性能和电源效率；
（7）功能齐全的调试解决方案有：串行线JTAG调试端口（SWJ-DP）；Flash 修补和断点（FPB）单元，用于实现断点操作；数据观察点和触发（DWT）单元，用于执行观察点、触发源和系统性能分析；仪表跟踪宏单元（ITM），用于支持printf 型调试；跟踪端口接口单元（TPIU）用作跟踪端口分析仪的桥接。
3.2.2 LM3S2110的GPIO特性
GPIO模块由8个物理GPIO 模块组成，每个对应一个独立的GPIO 端口（端口A, 端口B, 端口C, 端口D, 端口E, 端口F, 端口G, 和端口H）。
GPIO模块遵循FiRM规范，并且支持11-40 个可编程的输入/输出管脚，具体取决于正在使用的外设。GPIO模块具有以下的特性：（1）可编程控制GPIO中断：屏蔽中断发生；边沿触发（上升沿，下降沿，上升、下降沿）；（高或低）电平触发。
（2）输入/输出可承受5V电压。
（3）在读和写操作中通过地址线进行位屏蔽。
（4）可编程控制GPIO引脚配置。
本次设计使用的开发板上的微控制器LM3S2110上可使用的引脚有PA0～PA6（7个）、PB0～PB6（7个）、PC4～PC7（4个）、PD0～PD7（8个）、PE0～PE1（2个）、PF0～PF2（3个）、PG0～PG1（2个）、PH0～PH1（2个）。
3.3 独立按键
ARM2110开发板中有4个独立按键，其原理电路图如图3.1所示。这四个独立按键——KEY1～KEY4各自的一端依次连接在微控制器LM3S2110上的PH1、PB6、PB5、PB4四个引脚上。
3.3V
R23
10K KEY4 PB4
R24
10K
KEY3
PB5
R25
10K
KEY2
PB6
R26
10K
KEY1
PH1
图3.1 4个独立按键电路图
根据图3.1可以看出，当这四个引脚中的某个引脚得到低电平时，代表其相连的按键被按下，如：引脚PB4得到低电平就代表KEY4被按下。
3.4 矩阵键盘
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图3.2所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。
矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，行线通过电阻接正电源，并将列线所接的单片机的I/O口作为输出端，而行线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。列线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
图3.2 4×4矩阵键盘电路图
3.5蜂鸣器
蜂鸣器的原理电路图如图3.3所示，控制蜂鸣器的端口为PB1引脚，当PB1引脚输入低电平时，蜂鸣器会鸣叫。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于MCU 的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，如图3.3所示，其中的三极管Q1（8050）就是用来放大电流以驱动蜂鸣器的。
5V
B1
BUZZER
Q1
8050
R28
10K R27
2.2K
PH0
图3.3蜂鸣器电路图
在嵌入式应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。一般驱动蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
本设计中就是使用了PWM 输出口直接驱动的方式来驱动蜂鸣器，以此来实现电子琴的发音功能。
PWM 输出口直接驱动是利用PWM 输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。只要打开PWM 输出，PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。
3.6 LED 灯应用方式
LED 即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P -N 结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED 发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N 结材料决定的。 R19PF1
4.7K LED1R20PF2
4.7K LED2R21PB0
4.7K LED3R29
PB2 4.7K
LED5R30PB3
4.7K LED6R22
PB1 4.7K
LED4 3.3V R31PE0
4.7K LED7R32
PE4 4.7K LED8
图3.4 LED 灯电路图
本设计实验中，有8个LED 小灯，其原理电路图如图3.4所示。这8个小灯——LED1～LED8各自的负极连接了一个4.7K 的电阻后依次连接在微控制器LM3S2110上的PA4、PA5、PA6、PG0、PF2、PG1、PE0、PE1这8个引脚上，当这8个引脚中的某个引脚得到低电平时，其相连的LED 小灯就会亮起。
3.7 1602字符液晶屏
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
1602LCD 特征及应用微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
因为1602识别的是ASCII 码，实验可以用ASCII 码直接赋值。如“1” 的ASCII 码值为“49”，可以直接赋值“49”到显示数字“1”的效果。
CS
RS
WR
RD
RST
D0
D1D2
D3
D4
D5
D6
D7
GND
VCC3.315PA32GND 3PD74PD65PD56PD47PD38PD29PD110PD011PA612PA413PA514PA21 3.3V
（a ） （b ）
图3.5 (a)LCD 液晶屏排针接口 (b)实验中用到的对应ASCII 码值
4 软件方案
4.1设计原理框图
根据本次设计的要求和设计方案，需要实现简易电子琴系统必须在ARM 2110芯片的基础上加上电源电路、时钟电路、复位电路、矩阵键盘等外设，通过LM3S2110微控制器写入程序控制蜂鸣器、LCD显示屏、LED 灯模块根据音阶发音或显示。设计原理框图如图4.1所示
时钟电路
电源电路复位电路
ＡＲＭ
Ｃｏｒｔｅｘ－
Ｍ３
ＬＭ３Ｓ
２１１０
频率选择蜂鸣器
矩阵键盘
LCD显示屏
LED灯图4.1 简易电子琴系统原理框图
4.2程序流程图
根据本次设计的要求和设计方案，最终实现了简易电子琴系统如下功能：
（1）独立按键KEY1控制音乐播放的停止和播放音乐与矩阵按键演奏之间转换的功能。
（2）独立按键KEY2开启音乐1（一分钱）
（3）独立按键KEY3开启音乐2（理发师）
（4）独立按键KEY4开启音乐3（梁祝）
（5）矩阵键盘实现电子琴演奏功能，16个按键依次通过蜂鸣器发出：M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、L5、H1、H2、H3、H4、H5、H6、L6、L7等音阶，并将音阶对应显示在LCD显示屏上。
（6）使用程序定义使得LED灯模块根据不同音阶亮不同灯的个数，实现LED灯跳跃显示功能。
（7）通过ARM 2110芯片复位键初始化程序，重新开始简易电子琴系统。
程序流程图如图4.2所示。
开始
矩阵键盘
键盘
停止一分钱理发师梁祝Case15
Case1
Case0……
LED灯LCD显示屏
LCD显示屏LED灯显示歌名根据歌曲音阶跳
动LED灯
显示音阶根据音阶显
示灯的个数
图4.2 程序流程图
4.3导线连接方案
实验过程中需要连接以下导线：
（1）矩阵键盘由上至下、由左向右依次连接：VCC、PA0、PA1、PA2、PA3、悬空、PC4、PC5、PC6、PC7。
（2）LCD显示屏由上至下依次连接：PD0~PD7，使能端连接PB0，写入端连接PB2。
（3）LED灯模块依次连接：PA4、PA5、PA6、PG0、PF2、PG1、PE0、PE1，电源连接3V。
（4）蜂鸣器模块信号输入管脚连接PB1，GND管脚连接ARM2110实验板的地端。
4.4调试过程
在调试过程中，首先要做好硬件调试，然后再进行软硬件共同调试。所以第一步需要检查各硬件的完好性，其次检测各芯片的电源线和地线是否接触良好，接好电源后用万用表检测各电源端、地端的状态是否正常。检查无误后通过烧写工作程序，根据显示现象调试程序直至成功。
在编写程序前，首先应该将各部分硬件原理全部理解，尤其重要的是要掌握各元件的使能方式，是低电平使能还是高电平使能。当这些基础问题都不再出错的时候，然后才能逐步编写程序。
软件调试时，必须先编写一些简易程序来熟悉和掌握微控制器和开发板的使用方式。在此过程中编写的简易程序有：单个按键控制单个LED灯、矩阵键盘控制蜂鸣器、LED灯闪烁、LCD显示字符等。通过这些简单功能的实现，可以掌握ARM2110开发板的各种功能的实现方法和使用方法，如GPIO输入输出的定义方式、写入读出的方式、使能和关闭使能的方式，从而掌握了编程的基础，再根据平时C语言的基础，继续逐步编写程序。
在完成上述的软硬件调试后，逐步进行系统软件设计。在整体的软件设计时采用模块化的设计，首先加入矩阵键盘控制蜂鸣器模块发音功能，然后根据音阶在LCD显示屏上显示所需字符，接着加入独立按键播放音乐与停止、转换等功能，再后来添加LED灯模块使得电子琴功能更具有特色，最后综合所有模块，最终完成整个简易电子琴系统的设计。
5结束语
5.1设计总结与感想
本次基于ARM2110的简易电子琴系统的设计最终做到了使用矩阵键盘演奏16个音阶，使用独立按键播放音乐，并用KEY1键实现停止、转换功能，同时加入LCD显示屏、LED灯的特色。本次设计是一个简易的、较为完善的电子琴系统，其操作方法简单，显示效果简洁、明了而合理，成本较低，它将适合于大众化的使用。
我从本次嵌入式综合设计中学到了很多，对于嵌入式系统有了更深入的了解与应用。通过模块化的设计过程我对ARM2110芯片的知识有了了解，并且能在原始程序的基础上做小的改动，使其更适用于简易电子琴系统，对于课本知识也有了实战性操作，在此过程中我的应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有了显著提高。
5.2答谢词
在几个星期的学习和实践中，起初我对简易电子琴系统的概念一无所知，在ＸＸ老师、ＸＸＸ老师的讲解与指导下，我参考了了大量的资料和程序，并开始尝试一次一次的实验。在ＸＸ同学的帮助下，我慢慢开始了解整个设计的重点知识，并且有了初步的实验成果。
在完成简易电子琴系统基本功能的时候我感觉自己已经达到了要求，但是在ＸＸ老师与其他同学的支持下，又开始了拓展功能的开发，使得自己的电子琴更加独具特色。
在本次设计制作的期间，ＸＸ老师和ＸＸＸ老师给予了我很大的帮助，如果没有他们的谆谆教导和循循善诱，我可能会一筹莫展许久，但是有了他们的引导，使我能在毫无基础的情况下，用短短几周的时间不仅实现了简易电子琴系统的基本功能，并使其拥有属于自己的亮点。除此之外，还有ＸＸＸ同学也给予我很大的帮助，，他们身体力行帮我解决困难，及时地帮我指出错误，让我少走很多弯路。在此，我要对他们表达真挚的谢意：谢谢你们！
参考文献
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[9] 彭伟等.单片机典型系统设计实例精讲[M].北京:清华大学出版社,2009
[10]百度百科.电子琴［DB］．
附录一ARM 2110芯片
附录二4×4矩阵键盘
附录三蜂鸣器模块
嵌入式开发试验 嵌入式简易电子琴系统设计 ARM2110实验开发板，外接矩阵键盘、蜂鸣器、LED显示屏、LED灯模块（带4.7K电阻）主程序 #include "systemInit.h" #include "buzzer.h" #include "music.h" #include "systemInit.h" #define lcden GPIO_PIN_0 //PB0; #define lcdrs GPIO_PIN_2 // 定义LED #define LED1_PERIPH #define LED1_PORT #define LED1_PIN #define LED2_PERIPH #define LED2_PORT #define LED2_PIN #define LED3_PERIPH #define LED3_PORT #define LED3_PIN #define LED4_PERIPH #define LED4_PORT #define LED4_PIN #define LED5_PERIPH #define LED5_PORT #define LED5_PIN #define LED6_PERIPH #define LED6_PORT #define LED6_PIN #define LED7_PERIPH #define LED7_PORT #define LED7_PIN #define LED8_PERIPH #define LED8_PORT #define LED8_PIN
// 定义KEY #define KEY_PERIPH2 #define KEY_PORT2 #define KEY_PIN2 //PB2; SYSCTL_PERIPH_GPIOA GPIO_PORTA_BASE GPIO_PIN_4 SYSCTL_PERIPH_GPIOA GPIO_PORTA_BASE GPIO_PIN_5 SYSCTL_PERIPH_GPIOA GPIO_PORTA_BASE GPIO_PIN_6 SYSCTL_PERIPH_GPIOG GPIO_PORTG_BASE GPIO_PIN_0 SYSCTL_PERIPH_GPIOF GPIO_PORTF_BASE GPIO_PIN_2 SYSCTL_PERIPH_GPIOG GPIO_PORTG_BASE GPIO_PIN_1 SYSCTL_PERIPH_GPIOE GPIO_PORTE_BASE GPIO_PIN_0 SYSCTL_PERIPH_GPIOE GPIO_PORTE_BASE GPIO_PIN_1 SYSCTL_PERIPH_GPIOB GPIO_PORTB_BASE GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4 //连接方式矩阵键盘的行线接PC4~7 列线接PA0~3 unsigned char data; //PD0-PD7; unsigned char num; int guan; int jian; int numm;//lcd显示模块技术 //lcd模块 void write_com(unsigned char com) //写命令 { GPIOPinWrite(GPIO_PORTB_BASE,lcdrs,0x00); // lcdrs=0; GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2| GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,com);//PD=com; SysCtlDelay(5 * (TheSysClock / 4000)); // 延时 5ms } void write_data(unsigned char date) { GPIOPinWrite(GPIO_PORTB_BASE,lcdrs,0xFF); // lcdrs=1; GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2| GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,date);//PD=date; SysCtlDelay(5 * (TheSysClock / 4000)); GPIOPinWrite(GPIO_PORTB_BASE,lcden,0xFF); // lcden=1;
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，它在音奏中已成为不可缺少的一部分。本文主要介绍运用555定时器制作简易电子琴的设计方法。该方法利用555定时器构成多谐振荡器，通过按键控制不同的RC组合应用多谐振荡器产生不同频率八个基本音阶的脉冲信号波，然后连到扬声器上，即可发出八音阶的音乐。在该设计中，利用了555定时器构成的多谐振荡器产生各音阶不同频率的脉冲，不仅仅使其频率调节更加方便，而且发出的声音稳定、饱满。 前言 (1) 第一章设计内容及要求 (2) 1.1 设计的基本原理 (2) 1.2 设计要求 (2) 第二章系统组成及工作原理 (3) 2.1 系统组成 (3) 2.1.1 按键模块 (3) 2.1.2音调发生模块 (3) 2.1.3音响模块 (4) 2.2 工作原理 (4) 2.2.1 NE555多谐振荡器 (5) 2.2.2 LM386集成功率放大器 (7) 第三章方案比较 (8) 3.1 方案一 (8) 3.2 方案二 (9) 3.3方案三 (10) 3.4方案分析与比较 (11) 第四章参数计算、器件选择 (12) 4.1 参数计算 (12) 4.2 器件选择 (12) 第五章系统调试及测试结果分析 (14) 5.1 系统调试 (18) 关键词：简易电子琴，555定时器，多谐振荡器，八个基本音阶 目录
5.2 硬件调试···················································19 2 5.3 测试结果与分析 (19) 前言 随着当代科学设计的发展，电子产品在人们的日常生活中占据着越来越多重要的地位。电子琴作为其中的一个典型代表，引领着许多孩子进入音乐的殿堂。因此，我们选择了简易电子琴这个题目来制作，因为它不仅能过提高实际动手能力，还与实际生活有着紧密的联系。 模拟电子技术基本教程是一门实践性很强的课程，而此次课程设计依据的理论基础是模拟电子技术基本教程，其主要目的是通过本课程的培养，启发学生的创造性思维，进一步探究书本知识。本课程设计是设计出一个电子产品，先焊接好，再进行检验。 在电子课程设计的过程中，系统的概念十分重要，熟悉从系统的层次分析问题、解决问题的方式。基本方法除了实验课中要求掌握的功能测试、故障排除等各种一般方法以外、要特别注重使用“电路拼装”的方法。课程设计的一般步骤如下：（1）、选择一个课题；（2）、查阅有关资料；（3）、进行可行论证；（4）、通过设计方案的比较，定出最优的设计方案；（5）、分解为多个模块；（6）、分别设计各个功能模块电路，并完成调试；（7）、组装成完整的数字系统；(8)、编写设计、安装、调试报告。 1 第一章设计原理及要求 1.1 设计的原理 555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。 5.4 误差分析 (19) 实验小结及心得体会 (20) 结论······························································21 参考 文献·························································22 附录一····························································23 附录二···························································· 24 3
简易电子琴电路的制作 正文： 一、课程设计的目的 1.了解UA741芯片和DG4102芯片的逻辑功能。 2.学会使用示波器。 3.能够组装复杂的线路并调试。 4.能够熟练地焊接各个元器件到焊接实验板上。 5.了解音调的初步知识。 二、课程设计所用仪器 1.图1运算放大器UA741。 图1 DG4102型单片式集成功放电路结构外形图和管脚1和5为偏置(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接负电（-Vcc），6为输出，7接正电源（+Vcc）, 8空脚 2.集成功放DG4102。 本实验采用DG4102型单片式集成功率放大电路，此集成电路是带散热片的14脚双列直插式塑料封装结构，其结构外形图和管脚如图2所示： 图2 DG4102型单片式集成功放电路结构外形图和管脚1——输出端， 6——反相输入端， 9——输入端，4、5——补偿电容， 10、
12——旁路电容， 13——自举电容，2、7、8、11——空脚， 3——接地， 14——电源电压（＋VCC ）。 3. 示波器、数字万用表、扬声器一只、焊接实验板、函数信号发生器、晶体三 极管（9013）、电阻器若干、电容器若干、按键式开关8只、电烙铁、焊锡丝、若干导线 三、课程设计的原理 （一）、简易电子琴电路设计原理 1、简易电子琴电路是将振荡电路与功率放大电路结合的产物。RC 振荡电路（如图3所示）是由RC 选频网络和同相比例运算电路组成，对不同频率的输入信号产生不同的响应。当RC f f π210==时 O U 和i U 同相，并且31==o i U U F 。而同相比例运算电路的电压放大倍数为11R R U U A F i O U +== , 可见，12R R F =时3=U A , 1=F A U 。O U 和i U 同相，也就是电路具有正反馈。起振时F A U >1, U A >3.随着振荡幅度的增大, U A 能自动减小，直到满足3=U A 或1=F A U 时,振幅达到稳定，以后可以自动稳幅。 R R F 图3 RC 振荡电路 2、功率放大电路的任务是将输入的电压信号进行功率放大，保证输出尽可能大的不失真功率，从而控制某种执行机构，如使扬声器发出声音、电机转动或仪表指示等等。
课程设计任务书学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 简易电子琴电路的设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：集成运算放大器LM324、电阻、电位器、电容若干，直流电源，或自备元器件。 可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，函数发生器 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据要求，完成对简易电子琴电路的仿真设计、装配与调试，鼓励自制稳压电源。 （2）设计要求 ①设计一简易电子琴电路，按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶，采用运算放大 ②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 ③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系 统功能。 ④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 ⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。 时间安排： 1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。 2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1.模电课设概述 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计目的及意义 (1) 1.3开发环境proteus简介 (1) 2.电路原理 (3) 2.1 RC桥式振荡电路及频率选择 (3) 2.2振荡条件 (4) 3.总体方案设计 (5) 3.1实验电路设计思路 (5) 3.2设计电路图 (6) 3.3实验参数选择 (6) 4.仿真曲线及结果分析 (7) 4.1仿真操作过程及曲线 (7) 4.2仿真结果分析 (14) 5.实物制作及仿真、实物的差异 (15) 5.1实物制作过程和调试过程 (15) 5.2 仿真、实物的差异 (16) 6.心得体会 (17) 7.元件清单 (18) 8.参考文献 (19)
摘要 随着电子技术的发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，电子技术与音乐的结合正在不断加深。因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。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。本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，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。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：AT89C51，矩阵键盘，LED显示管，扬声器。
目录 摘要..............................................................................................................................I 目录.............................................................................................................................II 1 引言. (1) 1.1 研究背景及意义 (1) 1.2 研究现状和发展趋势 (1) 2 硬件设计 (2) 2.1 总体设计方案 (2) 2.2 电子琴组成原件的概述 (2) 3 软件设计 (4) 3.1 keil软件的任务 (4) 3.2 proteus的界面实现 (6) 4 系统调试与实验 (7) 4.1 程序调试 (7) 4.2 硬件调试 (7) 5 总结 (8) 参考文献 (9)
1. 技术指标 (1) 2. 设计方案及其比较 (1) 2.1 方案一 (1) 2.2 方案二 (3) 2.3 方案比较 (6) 3. 实现方案 (6) 4. 调试过程及结论 (10) 5. 心得体会 (16) 6. 参考文献 (16)
简易电子琴电路的设计 1.技术指标 设计一个玩具电子琴，设8个琴键，分别代表1、2、3、4、5、6、7、?八个不同音符，每按下一个琴键，扬声器发出一个音符的声音。演奏时的音量和节拍可以调节。 2.设计方案及其比较 2.1 方案一 选用RC振荡电路和运算放大器构成简易电子琴电路。RC振荡电路的具体电路为文氏桥正弦振荡电路。电路原理图如下图1。 图1 简易电子琴电路原理图
R串联，两者共同构成RC串并联选频网络。由于选其中1C和按键电阻并联，2C和12 频网络的相移为零，这样RC串并联选频网络送到运算放大器同相输入端的信号电压与输 出电压同相，所以RC反馈网络形成正反馈，满足相位平衡条件，因而可以形成振荡。 由于振荡的能量是电源，激励信号源是电路中的噪声，它的频谱丰富，包含频率成分 f；但由于噪声信号极其微弱，在振荡期间应使信号做增幅振荡，为此合理选择电阻使0 ω信号就会通过正反馈而使得输出信号不断增大，使输出幅环路增益大于1，这样频率为0 度越来越大，最后受电路中非线性元件的限制，使振荡幅度自动稳定下来，电路进入等幅振荡。频率0f之外的信号由于不满足振荡平衡条件，将不会在输出信号中出现，RC选频网络实现了信号频率的选择功能。 按键电阻的选择：查阅资料得知八个音阶的频率如下表1： 表1 八个音阶的频率 音符 1 2 3 4 5 6 7 8 f264 297 330 352 396 440 495 528 由于1C的值确定为0.1uF，由公式： fπ2/1 RC =（1） f 0= 并结合表一计算可得电阻阻值分别为（单位：欧姆）： 36 R3. k 1=（2） 28 k R7. 2=（3） 23 R3. k 3=（4） 20 k R4. 4=（5） 16 k R2. 5=（6） k 13 R1. 6=（7） R3. 10 k 7=（8） R1.9 k 8=（9）通过阻值选择电阻器件。 电路要求不仅能够振荡，而且能够稳幅。当振荡输出信号小于放大器的最大输出电压时，输出为正弦波。如前所述，环路增益大于1，这样信号幅度在正反馈的作用下不断增
目录 1 设计任务 (1) 1.1 基本任务 (1) 1.2 扩展任务 (1) 2 设计方案原理 (1) 3 单元电路的设计 (2) 3.1 多谐振荡器 (2) 3.2 琴键开关 (3) 3.3 扩音器（喇叭） (4) 3.4 器件选择 (4) 4 电路图的绘制 (5) 5 电路的仿真及调试 (6) 6 体会 (6) 参考文献 (8)
1设计任务 电子琴是一种很简单的电子产品，目前市场上所售的电子琴多为基于单片机所设计的。本次课设要求利用数电知识，设计一个能奏出八个音阶的电子琴。虽然没有基于单片机的电子琴那么多的功能，但是电子琴的基本功能是可以满足的。 本次设计的主要内容为：根据数电课程所学内容，结合其他相关课程知识，设计一个简易电子琴，以加深对单片机知识的理解，锻炼实践动手能力。 本次设计的任务为： 1.1基本任务 ①具备8个按键，能够分别较准确地弹奏出1?1八个音符。 ②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参 数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。用 Proteus或MULTISIM软件完成仿真，并按规定格式写出课程设计 报告书。 1.2扩展任务 ①能够弹奏出至少21个音符（三个音阶）。 ②能够较便捷地完成音阶的升降。（按一个开关实现升8度，按另一个开关实现降 8度） 2设计方案原理 本方案为利用555多谐振荡器能输出脉冲信号的特性，通过改变振荡器外接电阻的阻值来改变振荡器输出脉冲的频率，驱动喇叭发出各种音阶。电子琴所用琴键即为改变电阻阻值的开关，通过改变阻值使输出与琴键音阶相对应。
原理框图如下： 图1原理框图 3单元电路的设计 3.1多谐振荡器 利用多谐振荡器产生周期脉冲电路图如下图所示 图2 多谐振荡器电路实现 图中引脚功能： 1脚：GND或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 2脚：TR低触发端。 3脚：OUT（或Vo）输出端。 4脚：Rd是直接清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“ o”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO或VC）为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的
基于51单片机简易电子琴 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于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。他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。 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。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，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8个按键，和一个复位按键。 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硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 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，构成我们想演奏的那首曲目。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来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，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，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 简易电子琴电路的设计仿真与实现 初始条件： 可选元件：集成运算放大器LM324、电阻、电位器、电容若干，直流电源，或自备元器件。 可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，函数发生器 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据要求，完成对简易电子琴电路的仿真设计、装配与调试，鼓励自制稳压电源。 （2）设计要求 ①设计一简易电子琴电路，按下不同琴键即改变RC值，能发出C调的八个基本音阶，采 用运算放大器构成振荡电路，用集成功放电路输出。已知八个基本音阶在C调时所对 ②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 ③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原 理并仿真实现系统功能。 ④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 ⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。 时间安排： 1、前半周，完成仿真设计调试；并制作实物。 2、后半周，硬件调试，撰写、提交课程设计报告，进行验收和答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1.模电课设概述 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计目的及意义 (1) 1.3开发环境proteus简介 (1) 2.电路原理 (3) 2.1 RC桥式振荡电路及频率选择 (3) 2.2振荡条件 (4) 3.总体方案设计 (5) 3.1实验电路设计思路 (5) 3.2设计电路图 (6) 3.3实验参数选择 (6) 4.仿真曲线及结果分析 (7) 4.1仿真操作过程及曲线 (7) 4.2仿真结果分析 (14) 5.实物制作及仿真、实物的差异 (15) 5.1实物制作过程和调试过程 (15) 5.2 仿真、实物的差异 (16) 6.心得体会 (17) 7.元件清单 (18) 8.参考文献 (19)
基于FPGA的简易电子琴实现 李全 摘要 本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，它可以通过按键输入来控制音响。多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴音调发生器模块、数控分频模块和自动演奏模块。用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。能够实现弹琴和自动演奏的功能。系统实现是用硬件描述语言VHDL按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。 关键字 电子琴；EDA；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；音调发生；数控分频； 1引言
我们生活在一个信息高速发达的时代，各种各样电子产品层出不穷。对于广大老百姓来说，电子琴可以说已经不再是什么“新鲜玩意”了，它现在作为一种休闲和娱乐的产品早就推出市面，面向百姓，进入了我们的生活。作为一个电子信息科学与技术专业的学生，了解这些电子产品的基本的组成和设计原理是十分必要的，我们学习过了计算机组成的理论知识，而我所做的课程设计正是对我学习的理论进行实践和巩固。本设计主要介绍的是一个用超高速硬件描述语言VHDL设计的一个具有若干功能的简易电子琴；集科学性，先进性，创新性，实用性于一体，其理论基础源自于计算机组成原理的时钟分频器。 1.1 设计的目的 本次设计的目的就是在掌握计算机组成原理理论相关的基础上，了解EDA技术，掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的VHDL 语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，例如本课程设计就是基于所学的计算机原理中的时钟分频器和定时器的基础之上的，通过本课程设计，达到巩固和综合运用计算机原理中的知识，理论联系实际，巩固所学理论知识，并且提高自己通过所学理论分析、解决计算机相关的实际问题的能力。 1.2设计的基本内容
1. 模电课设概述 现在的电子琴一般使用PCM或AWM采样音源。所谓采样就是录制乐器的声音，将其数字化后存入ROM里，然后按下键时CPU回放该音。甚至有一些高级编曲键盘可以使用外置采样（比如Tyros 3的硬盘音色）。现代电子琴并非“模仿”乐器音色。它使用的就是真实乐器音色。当然，现在力度触感在电子琴里是必备的。而且现代电子琴还加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。甚至也带上了老式电子琴的FM 合成机构。 本次课程设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，按下不同琴键改变RC值，发出C调的八个基本音阶，采用运算放大器构成振荡电路，用集成功放电路输出音调，从而达到电子琴固有的基本功能。 2. Proteus软件简介 Proteus软件是由英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。 Proteus软件支持许多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，Proteus可对IAR C-SPY、KEIL 等开发工具的源程序进行调试。 此外，在Proteus中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。 3. 简易电子琴基本原理 3.1 音乐产生原理 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
课程设计报告 设计题目：单片机多功能音乐盒设计 【摘要】本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用两个按键控制音乐盒，一个用来暂停歌曲，另一个用来切换歌曲本音乐盒共有四首歌曲，还有4*4矩阵键盘电子琴弹奏功能，播放歌曲时，蜂鸣器发出音调，矩阵键盘无扫描信号，不动作。当按下暂停歌曲键时，可继续弹奏电子琴。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。 设计作者：吴文豪 专业班级/学号：10应电三班 1006020144 合作者1：专业班级/学号： 合作者2：专业班级/学号： 指导教师：王明文 设计时间：2012年5月12日———2012年6月3日
目录 引言 (1) 1．设计任务及要求 (2) 1．1设计任务 (2) 1．2设计要求 (2) 1. 3研究内容 (2) 2．系统总体设计 (3) 2．1系统结构框图设计及说明 (3) 3．软、硬件设计…………………………………………………………….. 3.1 系统硬件设计………………………………………………………… 3．1．1系统硬件原理图及工作原理说明………………………… 3．1．2单元电路设计原理与元件参数选择……………………… 3． 2系统软件设计…………………………………………………….. 3． 2． 1软件系统总流程图及设计思路说明…………………... 3． 2． 2软件各功能模块的流程图设计及思路说明…………... 4．安装与调试………………………………………………………………. 4．1安装调试过程……………………………………………………… 4．2调试中遇到的问题…………………………………………………5．结论………………………………………………………………………. 6．使用仪器设备清单………………………………………………………. 7．收获、体会和建议………………………………………………………. 8．参考文献…………………………………………………………………. 9．附录………………………………………………………………………
课程设计 课程名称 题目名称 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 二○--年月日
目录 1 设计任务书 (1) 2 电路总体设计 (2) 3 各部分电路设计 (3) 3.1 R、C选频网络电路的设计 (3) 3.2 波形产生电路 (4) 4 Multisim仿真与数据分析 (7) 5总结 (9) 6致谢 (10) 参考文献 (11) 附录A 总原理图 (12) 附录B 系统元器件清单 (13)
1 设计任务书 设计目的 （1）熟悉数字电子技术课程设计的方法和思想 （2）熟悉仿真软件Multisim使用 （3）进一步理解555多谐振荡器在设计过程中的使用 （4）熟悉555多谐振荡器的应用 （5）熟悉简易电子琴的设计方法和过程 设计思路 （1）先查询简易电子琴的七个音（各包括低、中、高三个音）的频率 （2）再设置充电电阻和固定电容，根据公式算出每个音阶对应电阻的阻值，从而确定R C选频网络电路。 （3）用多谐振荡器产生矩形脉冲驱动蜂鸣器发出不同声音 （4）用仿真软件中的虚拟仪器示波器和频率计测量每一个音阶的波形和频率。
2 电路总体设计 本电路主要是由RC选频网络电路和555定时器构成的多谐振荡器组成。因为设计要实现电子琴dou、ruai、mi、fa、suo、la、si七个音的发声。而每一个音都对应一个频率和电阻，所以通过设计不同的电阻和电容组成R、C选频电路。每一个频率经过多谐振荡器都会产生一个矩形脉冲。因为是在仿真软件中无法实现电子琴发声，采用示波器测量矩形波形和用频率计测量每一个选频网络中对应的每一个频率，再和实际数据相比较来判定发出的声音是否准确。该电路实现了dou、ruai、mi、fa、suo、la、si(各包括低、中、高三个音）的发声仿真。实现了简易电子琴的设计。电路整体框图如下： 图2.1 基本方框图 该电路具有原理简单、容易制作、调试方便等特点。能实现二十一种频率的方波且能驱动喇叭C调的二十一个音阶。其中，稳压电源可以由电脑提供。
广州大学机械与电气工程学院 电子信息工程系 课 程 设 计 报 告 课程名称：电子技术课程设计 设计题目：简易电子琴 专业班级：电子信息工程 2 班 设计者：苏伟强 学号： 51 06 指导教师：秦剑彭绍湖
设计所在学期： 2016~2017学年第 2 学期 设计所在时间： 2014年7月6日-12日 地点: 电子信息实验楼314 315 目录 一课程设计题目 (3) 1 题目分析理解 二设计任务及要求 (3) 1 要求 2 任务安排 3 进度安排 三电路设计 (4) 1 方案论证 2 单元电路设计与数据分析 文氏桥正弦波震荡电路 LM386组成的功率放大电路 3 确认理论参数 四电路仿真............................................................................. (13)
1 multisim仿真图 2 仿真结果 3 误差分析及总结 五元器件的选择......................................................................... .. (19) 1 元件分析 1 元件清单 六 PCB设计......................................................................... ..................................................错误!未定义书签。0 1 原理图设计 2 选择封装 3 生成PCB 七制作与调试......................................................................... (22) 1 电路板的热转印，焊接元器件 2 故障排除并且接通电源 3 调试过程 4 数据记录和分析 八试验中遇到的问题 (25) 1 仿真过程遇到的问题 2 制作PCB遇到的问题 3 电路调试的时候遇到的问题 九心得体会 (26) 十参考文献............................................................................. . (27)
逗你玩 课程设计报告 课程名称：模拟电子技术课程设计 专业班级：电子信息工程（2）班 学生学号： 0705110931 学生姓名：夏柳 所属院部：信息技术学院 指导教师：王雪 20 08 ——20 09 学年第 2 学期
《模拟电子技术》课程设计报告 --------简易电子琴的制作 简易电子琴电路 摘要： 本课程设计以制作一个简易电子琴为最终结果，主要以硬件测试为主。首先进行电路分析，设计电路图，其次考虑所有可能出现的问题，完善电路图，再选择合适的器件，最后按照电路图线路搭试，调试测试，直至达到理想的目标。当然在这之前对焊点等要事先查阅资料，了解手工焊接技术；查阅有关4100芯片，741芯片的功能等参数，还有测试其芯片是否好坏的电路和方法；同时还要了解RC振荡电路，与其产生振荡的条件跟原理，选择稳幅电路，理解其稳幅的原理；当然还要计算八个音阶的产生的频率，再根据RC振荡电路计算电阻值，以便选择合适的电阻，这些都是课前准备。测试电子琴我们要一步一步的，首先是振荡电路的线路测试，其次选频电路的测试，功放电路的测试，最后再是总体测试，尽量消除噪音，使音质能够很清晰。这样电子琴我们就做好了。 关键图：
电子琴的主干图
第一部分：课前准备 1.1芯片性能指标 1.2手工焊接技术 1.3元件制作工艺 第二部分：设计方案及选定 2.1八个音阶的频率 2.2振荡电路的选择与设计 2.3八个电阻的选择 2.4稳幅方式的选择 2.5功率放大电路的设计 第三部分：简易电子琴电路的检测与误差分析 3.1芯片测试 3.2振荡电路测试 3.3电子琴的测试 第四部分：元器件清单 第五部分：心得体会 第六部分：参考文献
电子琴的设计 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于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。他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。 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。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，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8个按键，和一个复位按键。 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硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 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，构成我们想演奏的那首曲目。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来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。一. 任务要求与总体设计方案 1.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，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，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 1.2 设计方案 1.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率
1 设计任务描述 1.1设计题目： 简易电子琴设计 1.2设计内容 利用微机原理试验箱，设计简易电子琴，要求至少可以弹出7个音阶。 1.2.1设计目的 通过本学期对微机原理的学习，掌握的知识还停留在理论的上。但是这是一门实践性较强的课程，让学生在学完该课程之后，进行一次课程设计，使学生将课堂所学的知识和实践有机结合起来，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实际问题的能力。 通过设计实践,培养学生查阅专业资料，工具书或参考书,了解有关工业标准，掌握现代设计手段和软件工具，并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力。 通过设计，不但要培养和提高学生解决工程具体问题,动脑动手的技术工作能力，而且还要逐步建立科学正确的设计和科研思想，培养良好的设计习惯，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。 1.2.2基本要求 1．可以弹出7个音阶。 2．弹奏简短音乐。 3．通过改变键盘输入来改变8254输出频率，实现扬声器发音
2 设计思路 通过8255和8254来实现电子琴模拟, 主要由两部分组成:第一部分为键盘扫描,用来确定按键位置,并给计数器赋初值。第二部分为发声部分,由计数器1#的输出端产生一定频率的方波驱动扬声器发声。 其中8254和课本中学的8253在原理上是一样的，它为可编程定时器/计数器。利用计数器0，并使它工作在方式3---输出对称方波，通过改变频率来实现不同的发声高低，再调用延时子程序来实现发音的长短，把输出方波送到扬声器，至此实现不同的音符发声。 过程中主要用到了8255芯片的PB 0—PB 4 ，PA —PA 4 它们分别与键盘单元的 X 1—X 4 ,Y 1 —Y 4 相连,其中B口低4位为输出端,B口低4位1为输入端。由它们对 键盘单元进行扫描,并确定键值工作过程为:先给所有列线输入低电平,然后读取行线,检测行线是否为低电平,如果有某条行线输出低电平,则说明该键盘有按键被按下,否则,说明无按键被按下.采用这种方法可以快速判断键盘是否有键按下。在检查到有键按下后,再通过行扫描法判断按下的位置,从而确定按下的是什么键，经过计算得出计数器1#的初值。
课程设计任务书
开题报告
皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表
简易电子琴的设计 学生姓名：王春指导老师：郑大腾 摘要 本系统是采用EDA技术设计的一个简易的八音符电子琴，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现，它可以通过按键输入来控制音响。多功能电子琴的设计是在原有普通电子琴的基础上进行扩充的一个设计。该电子琴的设计大体可以由三个模块构成，分别是电子琴发声模块、存储器模块和选择控制模块。用超高速硬件描述语言VHDL编程可以实现各个模块的功能。不仅能实现弹琴和演奏的功能，它还能实现“复读”的功能，就是可以存储任意一段音乐，并且可以即时的播放出来。系统实现是用硬件描述语言VHDL 按照模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、总体整合。本系统的功能比较齐全，有一定的现实使用的价值。本文中介绍了电子琴系统的整体的设计,并基于超高速硬件描述语言VHDL在相关的芯片上编程实现的。 关键字 电子琴；EDA；VHDL；音调发生；现场可编程逻辑器件FPGA；超高速硬件描述语言VHDL；电子琴系统； Abstract This system is designed using EDA technology a simple eight-note keyboard, the system clock divider based on the principle of the computer, using top-down design methodology to implement, it can be controlled through the key input audio. Multi-function keyboard is designed to be an ordinary keyboard in the original expansion on the basis of a design. The design of the keyboard in general consists of three modules, namely the keyboard sound
课程设计说明书 课程设计名称：数字逻辑课程设计 课程设计题目：简易电子琴 学院名称：信息工程学院 专业： ************** 班级： **** 学号： ******** 姓名： ***** 评分：教师： *** 20 11 年 6 月 28 日
随着社会的进步发展，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，而乐器更是应用广泛，几乎在更大软件均有乐器制造。所以本文就设计了一个简易电子琴。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，在现代音乐中扮演着重要的角色。 本实验着重讲述了如何使用555制作简易电子琴产生8个不同音阶控制电路的设计，当操作者按下8个按键即可产生8种不同的音调，然后通过LM386功率放大器进行音调放大。本实验完成了简易电子琴的设计和调试，其基本的设计思路是采用了模块设计：实现基本要求时只要用555构成多谐振荡电路，通过不同的电阻（用变阻器调节成8个所需电阻）来获得不同的频率，再经过LM386放大所以发出不同的音调。如果要实现提高要求则需要在基本要求上添加一部分电路即可。通过开关控制不同的电阻所对应的振荡电路的通断调节相应频率大小，从而产生不同的音调。 当然在这之前要事先查阅资料，再查阅各个芯片的引脚功能的各个参数，同时还要了解震荡电路，与其产生震荡的原理，在根据震荡电路计算出电阻值，以便选择合适的电阻值，这些都是课前准备。测试电子琴要一步一步，首先是震荡电路的线路测试，尽量消除噪声，使音质能够清晰，这样电子琴就做成了。通过本次电子课程设计，不仅掌握了简易电子琴的设计，更重要的是提高了动手实践能力，从搜集各方面资料到检查电路，充分锻炼了分析问题以及解决问题的能力。 关键词：简易电子琴，NE555，LM386，声调