【正文】 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計青島理工大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計題目：基于AT89C51單片機(jī)的電子琴系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 院系名稱： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 2013年 6 月 15 日摘 要隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會向惡。我們都會抽空欣賞世界名曲，作為對精神的洗禮。本論文設(shè)計一個基于單片機(jī)的簡易電子琴。我們對于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如音色選擇、聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動放音功能等等也很好奇電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性， 它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用 AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個按鍵和揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；音色；節(jié)拍器；自動放音ABSTRACTWith the development and progress of society, music has bee an important part of life, it was said that people do not like the music to the evil. We will find time to enjoy the world music, as the baptism of the spirit. This thesis developed a simple microcontrollerbased electronic key boardElectronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It played an important role in modern music. SCM has powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converged with modem people’s lives, bee an irreplaceable part. The main content is AT89C51 control of the core ponents, design of a electronic organ. SCM as a host to the core, with the keyboard, speaker and other core modules. In the main control module has 16 keys and a speaker. The system is steady, its simple hardware circuits, software functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. It also has certain practical and reference value.Key words: keyboard。 speaker。 electronic organ目 錄第 1 章 緒 論 1第 2 章 總體方案 3 系統(tǒng)設(shè)計要求 3 電子琴系統(tǒng)的組成 3 系統(tǒng)框圖 4第 3 章 硬件簡介 5 AT89C51 5 AT89C51 簡介 5 主要的功能特性 6 管腳功能 6 芯片擦除 8 矩陣式鍵盤的識別和顯示 8 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理 8 矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 9 鍵盤接口必須具有的4個基本功能 9 LED數(shù)碼管 10 數(shù)碼管的分類 10 數(shù)碼管的驅(qū)動方式 11 硬件設(shè)計圖 12第 4 章 軟件設(shè)計 13 整體程序處理流程圖 13 I/O并行口直接驅(qū)動LED顯示 14 音樂播放設(shè)計 14 放歌子程序流程圖 17第 5 章 調(diào)試 19 Proteus 簡介 19 keil 簡介 19 利用keil與Proteus進(jìn)行的調(diào)試 20第 6 章 結(jié)論 23致 謝 24參考資料 25附錄Ⅰ 26附錄Ⅱ 32附錄Ⅲ 34V第 1 章 緒 論隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，芯片生產(chǎn)廠家把中央處理器CPU,隨機(jī) 存取內(nèi)存RAM,只讀存儲器ROM，定時器/計數(shù)器以及I/O接U電路等主要計算機(jī)部件，集成在一塊集成電路芯片（硅片）上，形成芯片級計算機(jī)，稱為單片微型計算機(jī)，直譯為單片機(jī)。單片機(jī)雖只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微機(jī)系統(tǒng)的含義， 又稱微型處理部件MCU (Micro Controller Unit)，單片機(jī)商品名稱為微控制器單元。雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、 可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電 一體化設(shè)備、儀器儀表、信號處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備 及家用電器等各個領(lǐng)域，隨著單片機(jī)性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會更加廣泛。 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？欤阅壳暗漠a(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作 簡便、安全可靠、價格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計；及時掌握最新的單 片機(jī)技術(shù)，在條件允許的情況下，盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來研制其應(yīng)用 系統(tǒng)，再利用單片機(jī)體積小、價格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，以保證所設(shè)計的產(chǎn)品在未 來的一段時間內(nèi)仍具生命力。在生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，凡是有自動控制要求 的地方都會有單片機(jī)的身影出現(xiàn)；從簡單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能 想象到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求?，F(xiàn)在，盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍 了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有 可以想象和拓展的空間。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動效 率，減輕勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證 安全等。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益 上，更重要的意義還在于：單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計 思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在 已能使用單片機(jī)通過軟件（編程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高 系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新 的概念，是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù) 必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。簡易電子琴系統(tǒng)就是以單片機(jī)為主要元器件設(shè)計的一個簡易電子琴，這只 是單片機(jī)應(yīng)用的一個點(diǎn)，由點(diǎn)及面，希望可以更好的了解和應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)。之所以以單片機(jī)電子琴為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細(xì)微處著 手，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不 足，對目前日益廣泛應(yīng)用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識，使理論和實(shí)踐相得益彰。通過單片機(jī)電子琴這個選題，更深層次的了解了單片機(jī)技術(shù)，以前只是有理 論，實(shí)踐的機(jī)會不是很多，在作單片機(jī)電子琴這個選題的過程中，更加熟練的掌 握了一些單片機(jī)芯片的應(yīng)用，也解決了很多以前理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題，可謂對 單片機(jī)的認(rèn)識有了一個小的飛躍。第 2 章 總體方案 系統(tǒng)設(shè)計要求本系統(tǒng)分為兩個部分，一個是音樂播放，另一個就是電子琴彈奏。關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī)C語言，利用定時器來控制頻率，而每個音符的符號只是存在自定義的表中。具體要求如下：1. 要求達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡單的樂曲。2. 用鍵盤做出電子琴的按鍵，每鍵代表一個音符。3. 各音符按一定的順序排列，必須符合電子琴的按鍵排列順序。4. 固定音樂播放有按鍵控制：“播放”、“彈奏/停止”。5. 彈奏電子琴時能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時可以播放內(nèi)置音樂。 電子琴系統(tǒng)的組成單片機(jī)因體積小、功能強(qiáng)、價格低廉而得到廣泛應(yīng)用。AT89C51單片機(jī)設(shè)計微型電子琴的方法，僅需AT89C51最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤，再接一組發(fā)光二極管用來指示電子琴的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)分為兩個部分，一個是音樂另一個就是電子琴。音樂播放部分：樂音實(shí)際上是有固定周期的信號。本文介紹用AT89C51的兩個定時器（如T0，T1)控制，在P3. 7腳上輸出方波周期信號，產(chǎn)生樂音，通過矩陣鍵盤按鍵產(chǎn)生不同的音符，由此操作人員可以隨心所欲的彈奏自己所喜愛的樂曲，當(dāng)不想彈奏時通過按放歌鍵可以演奏事先存放在單片機(jī)中的幾首動聽的曲子供消遣。當(dāng)歌曲演奏完時，通過按復(fù)位鍵便可回到初始狀態(tài)，這樣就做出了一臺微型電子琴。由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(yīng)著不同的頻率，這 樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于 單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn) 生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即 可。樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符的時間常數(shù)和其相應(yīng) 的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個表，然后由查表程 序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。電子琴彈奏部分：實(shí)際上就是把每個按鍵所對應(yīng)的值經(jīng)過處理后發(fā)給單片 機(jī)，再在單片機(jī)內(nèi)把數(shù)字當(dāng)作指針指向所對應(yīng)的音符。 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)通過電子琴按鍵隨意鍵入所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路， 中央處理器通過識別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。通過這樣可 以不斷的彈奏音樂。嵌入式電路，按鍵電路，LED顯示電路和兩個功能鍵組成， 通過功能鍵可以選擇播放音樂。其主要模塊由五個部分組成，具體關(guān)系如圖 21所示：圖 21帶存儲的電子琴框圖上圖即為此次設(shè)計中的電子琴的硬件結(jié)構(gòu)圖，我們運(yùn)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，用P0口的高四位和P0口的低四位作44矩陣式按鍵的接口，用P2口作數(shù)碼管的接口，用P3. 7作信號輸出口。第 3 章 硬件簡介 AT89C51 AT89C51 簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPER0M—F1ash Programmab1e and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件釆用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃存存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖 31所示。圖 31 AT89C51的引腳排列 主要的功能特性（1）與MCS51兼容；（2）4K字節(jié)可編程閃存存儲器；（3）壽命：1000寫/擦循環(huán)；（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年；（5）全靜態(tài)工作：0Hz24MHz；（6）三級程序存儲器鎖定；（7）1288位內(nèi)部RAM；（8）32可編程I/O線；（9）兩個16位定時器/計數(shù)器；（10）5個中斷源；（11）可編程串行通道；（12）低功耗的閑置和掉電模式；（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 管腳功能VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。P2口: P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口如下所示：P3口管腳備選功能： RXD (串行輸入口)P3. 1 TXD (串行輸出口） /INTO (外部