【正文】 ，最后一 LED 燈閃亮一下，松開后熄滅；當(dāng)按下第二行任意按鍵時(shí)，倒數(shù)第二個(gè) LED 燈閃亮一下，松開后熄滅；當(dāng)按下任意音節(jié)或音樂按鍵（分別依次對應(yīng)前八個(gè) LED 燈） ，相應(yīng)的 LED 燈狀態(tài)取反，再次按下同一按鍵，狀態(tài)再次取反；當(dāng)按下錄音鍵時(shí)，前八個(gè) LED 燈狀態(tài)同時(shí)取反。按下暫停按鈕，一切音樂立刻停止，這樣便實(shí)現(xiàn)了電子琴的彈奏功能以及錄音放音功能。當(dāng)按下放歌按鍵的時(shí)候，喇叭即可演奏單片機(jī)內(nèi)錄入的音樂。我們?yōu)檫@ 8 次輸入分別設(shè)置了 8 個(gè)按鍵，當(dāng)按下某一個(gè)按鍵時(shí)，即調(diào)出錄入的相應(yīng)的音節(jié)或音樂，并能從喇叭內(nèi)清晰準(zhǔn)確的發(fā)出聲音，而且能延遲一段時(shí)間。用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字錄音功能，將錄入的音節(jié)和音樂建立自己的音色庫，實(shí)現(xiàn)按鍵彈奏，且能播放一段音樂。通過錄音模塊 ISD4004 芯片與單片機(jī) STC89C52 之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)字錄音功能，以及電子琴的演奏功能。帶錄音功能的電子琴的硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高，具有一定的實(shí)用價(jià)值，因此具有開發(fā)的價(jià)值。而單片機(jī)因其強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程特性，已經(jīng)成為電子琴的主要核心部件。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)C 語言開發(fā)；關(guān)于 STC89 系列相關(guān)單片機(jī)開發(fā)文檔；相關(guān)傳感和顯示器件使用手冊和接口電路。 實(shí) 現(xiàn) 相 關(guān) 邏 輯 控 制 ； 電 路 原 理 圖 設(shè) 計(jì) ， protel 印 刷 電 路 圖 設(shè) 計(jì) ； 提 出 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 框 圖 ， 提 出 相 應(yīng) 的 解 決 方 案 ； 需 單 片 機(jī) 和 芯 片 ， 開 發(fā) 電 路 板 以 相 關(guān) 傳 感 器 ， 價(jià) 格 200 元 。二、基本要求單片機(jī)完成與語音模塊。1 / 52石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)帶錄音功能的電子琴研究與實(shí)施Electronic Piano with Recording Research and Practice 2022 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號 20226063 學(xué)生姓名 楊曉棟 指導(dǎo)教師 完成日期 2022 年 5 月 25 日2 / 52畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單學(xué)生姓名 楊曉棟 學(xué)號 20226063 班級 方 07091 專業(yè) 電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 帶錄音功能的電子琴研究與實(shí)施指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱評 定 成 績指導(dǎo)教師 得分評閱人 得分答辯小組組長 得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日3 / 52畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目 帶錄音功能的電子琴研究與實(shí)施學(xué)生姓名 楊曉棟 學(xué)號 20226063 班級 方 07091 專業(yè) 電子信息工程承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系 導(dǎo)師姓名 尚燕 導(dǎo)師職稱 講師一、主要內(nèi)容通 過 錄 音 模 塊 ISD4003 芯 片 或 者 BMP5008 類 似 功 能 芯 片 與 單 片 機(jī) stc89 系 列 實(shí) 現(xiàn)數(shù) 字 錄 音 的 功 能 。 建 立 自 己 的 音 色 庫 ， 實(shí) 現(xiàn) 電 子 琴 的 演 奏 功 能 。建立音色庫，完成電子琴的設(shè)計(jì)；驅(qū)動鍵盤，可選驅(qū)動力度鍵盤； 使 用 Keil C 編 程 。三、主要技術(shù)指標(biāo)完成主要功能；電路原理圖；使用說明書撰寫；論文正文不少于 萬字，查閱文獻(xiàn)資料不少于 15 篇，其中外文文獻(xiàn) 2 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000 漢字。五、進(jìn)度計(jì)劃第 1 周—第 2 周 開題報(bào)告和任務(wù)分配第 3 周—第 7 周 需求分析，概要設(shè)計(jì)第 8 周—第 12 周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核第 13 周—第 14 周 寫論文第 15 周—第 16 周 上交論文，答辯教研室主任簽字 時(shí)　間 年 月 日4 / 52畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題　目 帶錄音功能的電子琴研究與實(shí)施學(xué)生姓名 楊曉棟 學(xué)號 20226063 班級 方 07091 專業(yè) 電子信息工程一、研究背景 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，在現(xiàn)代音樂中扮演著重要的角色，成為無數(shù)熱愛藝術(shù)孩童的必備品，是古典文化與現(xiàn)代文明的一個(gè)濃縮體。電子琴因其體積小，易于攜帶，經(jīng)濟(jì)適用，是一般家庭能夠承受的了的經(jīng)濟(jì)投入，且電子琴鍵盤操作直觀容易掌握，對于初學(xué)者來說很容易彈奏，因而成為人們生活中不可替代的一部分。二、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)經(jīng)過對任務(wù)書的分析，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)為主控核心，與 16 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤，ISD4004 語音芯片等構(gòu)成核心主控制模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)帶錄音功能的電子琴。設(shè)計(jì)電子琴要求由鍵盤來輸入某種樂器的音節(jié)，將輸入的音節(jié)數(shù)據(jù)存儲到存儲器當(dāng)中，而后通過音頻功放芯片去驅(qū)動喇叭發(fā)音，從而實(shí)現(xiàn)可存儲式音樂演奏功能，并有可控錄音、放音、播放音樂的功能。按鍵輸入要求：當(dāng)按下錄音鍵時(shí)，錄入一個(gè)音節(jié)，按下暫停鍵停止當(dāng)前錄入，再按下錄音鍵，錄入下一個(gè)音節(jié)，這樣依次錄入 7 個(gè)音節(jié)，當(dāng)?shù)?8 次按下時(shí)錄入一段音樂，并將這 8次錄入存儲到芯片當(dāng)中。若是此時(shí)按下另一按鍵，當(dāng)前音節(jié)發(fā)音停止，從喇叭內(nèi)發(fā)出剛才按下的音節(jié)。按下錄音按鈕后再播放音樂或某一音節(jié)，會對當(dāng)前播放的內(nèi)容進(jìn)行存儲，并能放奏出來。數(shù)碼管和 LED 燈顯示要求：當(dāng)按下某一音節(jié)按鍵時(shí)，顯示對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字；當(dāng)按下播放音樂的按鍵是顯示 8；按下錄音按鍵是顯示 0；按下暫停按鍵是顯示 A；按下放音按鍵是顯示 9。三、研究方案通過 STC89C52 芯片實(shí)現(xiàn)對按鍵的讀取并將所對應(yīng)的音節(jié)或音樂送至喇叭，將所對應(yīng)的按鍵在數(shù)碼管上顯示，LED 燈做相應(yīng)的變化；語音芯片 ISD4004 完成語音模塊，實(shí)現(xiàn)電子琴的彈奏，播放音樂以及錄音放音功能；采用矩陣式 4*4 鍵盤，可選驅(qū)動力度鍵盤；采用 8 位共陰極的數(shù)碼管和 10 個(gè) LED 燈，以顯示按鍵相應(yīng)的值；使用 Keil C 軟件編程，用軟件實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯控制；電路原理圖設(shè)計(jì)，protel 印刷電路圖設(shè)計(jì)，電氣功能測試；提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，提出相應(yīng)的解決方案。五、進(jìn)度計(jì)劃：第 1 周—第 2 周 開題報(bào)告和任務(wù)的合理分配第 3 周—第 4 周 需求分析，整體框架的設(shè)計(jì)第 5 周—第 7 周 指導(dǎo)老師針對性指導(dǎo)第 8 周—第 12 周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核第 13 周—第 14 周 寫論文第 15 周—第 16 周 上交論文，答辯六、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)：此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要由 4 個(gè)大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、語音芯片模塊、LED 燈及數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤控制模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的核心模塊，主要是指STC89C52 芯片，它控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，利用其各個(gè)口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)功能的需要；語音模塊主要指 ISD4004 芯片和 LM386 芯片，用ISD4004 來實(shí)現(xiàn)錄音功能，LM386 是實(shí)現(xiàn)功率放大；而 LED 燈及數(shù)碼顯示模塊是整個(gè)系統(tǒng)的輔助模塊，用來顯示音節(jié)以及表示錄音開始及結(jié)束；按鍵控制模塊則是用按鍵來控制實(shí)現(xiàn)的是哪個(gè)功能，對應(yīng)錄音、放音、暫停。隨著科技的日益發(fā)展，電子琴的錄音放音功能已越來越受到人們的喜歡。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，以單片機(jī)作為主控核心，與ISD4004 語音模塊、4*4 矩陣鍵盤組成核心主控制模塊，流水燈、數(shù)碼管模塊組成擴(kuò)展控制模塊。主控模塊利用了 STC89C52 單片機(jī)的 P3 的 I/0 輸出口，以實(shí)現(xiàn)鍵盤對錄音和放音的控制功能；以 P2 口的端口與語音芯片相連，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片之間數(shù)據(jù)的傳輸。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(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。 the port P2 is connected with the voice chip to achieve the transmission of data between two chips. Extension module uses STC89C52 MCU P0 I/ O output port to achieve the digital tube display。它在現(xiàn)代音樂中扮演著重要的角色，是古典文化與現(xiàn)代文明的一個(gè)濃縮體?！≌n題研究的意義電子琴因其體積小，易于攜帶，經(jīng)濟(jì)適用，是一般家庭能夠承受的了的經(jīng)濟(jì)投入，且電子琴鍵盤操作直觀容易掌握，對于初學(xué)者來說很容易彈奏，而成為人們生活中不可替代的一部分?；诋?dāng)前市場上的玩具市場需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面?！≌n題研究的主要內(nèi)容本論文主要是對 C 語言和單片機(jī)的一些基本知識、概念的應(yīng)用學(xué)習(xí)和研究，以及 STC89C52 芯片模塊和 ISD4004 語音模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一實(shí)現(xiàn)帶錄音功能的電子琴，可播放系統(tǒng)內(nèi)部錄入的音符和音樂，也可以實(shí)現(xiàn)錄音和放音功能（如錄入人的聲音） 。本設(shè)計(jì)的主要工作有以下幾個(gè)方面：（1）整體方案的設(shè)計(jì)方案的選擇要符合芯片功能的要求，既要保證操作簡單符合人們平時(shí)的操作習(xí)慣，又要體現(xiàn)出本產(chǎn)品的特點(diǎn)，本文研究設(shè)計(jì)的帶錄音功能的電子琴是采用STC89C52 單片機(jī)和 ISD4004 語音芯片，用來實(shí)現(xiàn)已存入芯片內(nèi)的音符和音樂的播放以及錄音和放音功能。本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的初始化設(shè)計(jì)、延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)、鍵盤掃描模塊的設(shè)計(jì)、錄音子模塊的設(shè)計(jì)、放音子模塊的設(shè)計(jì)、兩個(gè)芯片之間通信的設(shè)計(jì)、流水燈的點(diǎn)亮和數(shù)碼管的顯示設(shè)計(jì)、中斷程序設(shè)計(jì)、以及把各個(gè)子模塊組合成一個(gè)完整程序的設(shè)計(jì)等。（3）系統(tǒng)原理圖及硬件調(diào)試實(shí)驗(yàn)本設(shè)計(jì)在進(jìn)行硬件原理分析后，需要連接實(shí)物進(jìn)行實(shí)際操作，檢驗(yàn)自己的設(shè)計(jì)是否可以行得通?！≌n題研究的工作原理當(dāng)物體振動時(shí)，能夠發(fā)出聲音，振動的頻率不同，聲音的音調(diào)就不同。當(dāng)按動某個(gè)琴鍵時(shí)，就會使與它對應(yīng)的電裝置工作，從而使揚(yáng)聲器發(fā)出某種音調(diào)的聲音?？刂泼姘迳系陌粹o來選擇處理器對音色、音量、輸出方式、伴奏的控制。鍵盤實(shí)際上就是一些開關(guān)，如果沒有鍵盤，許多種頻率的信號一齊進(jìn)到放大器里，通過揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音就會亂七八糟，不成音樂。這樣，按照一定的演奏規(guī)律來按鍵，就能奏出美妙的音樂來。該設(shè)計(jì)較以往設(shè)計(jì)有所不同，它所建的音色庫不是通過對某一音節(jié)設(shè)置固定的頻率來實(shí)現(xiàn)，而是通過某一樂器的放音，利用語音模塊的錄音將7 和一段音樂錄入到電子琴中，從而建立音色庫，當(dāng)某一按鍵3 / 52被按下時(shí)，通過鍵盤掃描識別出該按鍵，并從音色庫中調(diào)出與此按鍵相對應(yīng)的音調(diào)，發(fā)出聲音。當(dāng)按下錄音按鍵時(shí)，可以錄入一段聲音，如人聲等，還可以在錄音時(shí)讓電子琴發(fā)聲或音樂，并將其錄入，通過發(fā)音鍵將剛才錄入的一段聲音播放出來。軟件的設(shè)計(jì)思路通過框圖形式說明在正文中會有介紹。電子琴常作為獨(dú)奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)代特色，但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時(shí)，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時(shí)，失真度更大，還需要不斷改進(jìn)。以 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制 4*4 的矩陣鍵盤對播放音樂和錄音放音的選擇，以及控制LED 點(diǎn)亮和數(shù)碼管的顯示，具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。具體步驟是：先錄入 7 個(gè)音符和一段音樂，存儲到芯片內(nèi)部，建立自己的音色庫，并且具體鎖定到鍵盤的某一按鍵上，通過按下不同的按鍵發(fā)出不同的聲音?！》桨高x擇　控制模塊選擇方案方案一：用可控硅制作電子琴。將單向可控硅 SCR 和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。方案二： 采用 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制，由于 AT89C51 不具備 ISP 功能，因此 Atmel 公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其 ROM 只有 4K 在系統(tǒng)將來升級方面沒有潛力。鑒于上述對比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三 　按鍵選擇方案方案一：采用 STC89C52 的獨(dú)立鍵盤，但其獨(dú)立鍵盤只有 4 個(gè)按鍵，按鍵數(shù)量不夠，無法滿足本課題的要求，產(chǎn)生不出 7 個(gè)音階及錄放音功能。故采用 4*4 矩陣鍵盤。這樣，一個(gè)端口（本模塊用到的是 P3 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵?！⌒酒x擇方案方案一：AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 型 8 位單片機(jī)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)我們的勞動成果。AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本?？捎?5V 電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需 lOms。PO 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x/寫操作。（2）STC 單片機(jī)執(zhí)行指令的速度很快，大約是 AT 的 330 倍，盡管快是好事，6 / 52但這樣一來，你在 AT 上好使的程序在 STC 上不一定好用，最典型的例子就是那些對時(shí)序有嚴(yán)格要求的模塊，用 STC 時(shí)注意得加長延時(shí)，大約是 AT 的 10—30 倍就差不多，這一點(diǎn)自己調(diào)試就知道了。比較這兩種方案，由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機(jī)原理、C 語言程序設(shè)計(jì)，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的資源，經(jīng)過對比此次設(shè)計(jì)