【正文】 主要由最小系統(tǒng)，按鍵系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊和蜂鳴器模塊組成。（1）最小系統(tǒng)：它是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。（2）按鍵系統(tǒng)模塊：本設(shè)計(jì)采用 10 個(gè)按鍵，其中 7 個(gè)按鍵用來(lái)顯示 7 個(gè)音調(diào)，其它 3 個(gè)按鍵可以進(jìn)行高低中音的切換，并自動(dòng)播放已存歌曲。（4）蜂鳴器模塊：此電子琴發(fā)音電路是通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)音，經(jīng)過(guò)上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力。并且從原理圖，主要芯片，各模塊的原理和各個(gè)模塊的程序調(diào)試來(lái)闡述。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比高等，具有一定的使用和參考價(jià)值?；诋?dāng)前市場(chǎng)上的玩具需求量增大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方面。并且可以進(jìn)行一定的功能擴(kuò)展。該設(shè)計(jì)將十個(gè)音鍵制作成獨(dú)立鍵盤，其中七個(gè)為音符鍵，三個(gè)為控制鍵，并用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，使電子琴的功能更加完美。 設(shè)計(jì)意義該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以方便得知播放的音符和音調(diào)；②比傳統(tǒng)電子琴功能更完善；③制作簡(jiǎn)單，成本低； 設(shè)計(jì)任務(wù) 實(shí)現(xiàn)電子琴發(fā)聲控制系統(tǒng)；要求電路實(shí)現(xiàn)如下功能：利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件，兩個(gè)數(shù)碼管作為顯示部件，設(shè)置 10 個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)高音、中音、低音的 7 的發(fā)音。 用 PROTEUS 實(shí)現(xiàn)的電子琴仿真設(shè)計(jì)說(shuō)明：?jiǎn)纹瑱C(jī)的工作時(shí)鐘頻率為 。方案一：采用單個(gè)的邏輯器件組合音樂(lè)是有由不同的音階組成的，而不同的音階又是由不同的頻率發(fā)出的，那么利用不同的頻率，就可以發(fā)出不同的音樂(lè)了。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)要求，采用 8279 將鍵掃得到的鍵值通過(guò)查表得到相應(yīng)的 8253的頻率值，將從 8253 得到相對(duì)應(yīng)的按鍵彈奏信號(hào)經(jīng)過(guò) LM386 進(jìn)行放大，再用喇叭輸出，就實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易電子琴的基本功能，也就完成了實(shí)驗(yàn)的要求。我們可以通過(guò) VDHL 語(yǔ)言，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理圖的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)編譯，可以在計(jì)算機(jī)上下載此實(shí)驗(yàn)原理圖，利用電路學(xué)習(xí)機(jī)上的芯片。并實(shí)現(xiàn)其功能。利用按鍵實(shí)現(xiàn)音符和音調(diào)的輸入；兩位的數(shù)碼管進(jìn)行被操作的按鍵顯示；用 NPN河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 7 型三極管 8550 實(shí)現(xiàn)低音頻功率放大；最后用蜂鳴器發(fā)音。這樣雖然比較直觀，邏輯器件分工鮮明，思路也比清晰，一目了然，但是由于元器件種類、個(gè)數(shù)繁多，而過(guò)于復(fù)雜的硬件電路也容易引起系統(tǒng)的精度不高、體積過(guò)大等不利因素。方案二采用 VHDL 語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)電子琴的各項(xiàng)功能。和方案一相比較，方案二就顯得比較籠統(tǒng)，雖然我們可以看到用超高速硬件描述語(yǔ)言 VHDL 的優(yōu)勢(shì)，但本質(zhì)上它只是把整個(gè)系統(tǒng)分為了若干個(gè)模塊，而不牽涉到具體的硬件電路。同時(shí)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂(lè)方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單易操作。綜上所述，本次課程設(shè)計(jì)采用第三種方案。針對(duì)本設(shè)計(jì)的功能和用途，采用AT89S51 單片機(jī)更好，實(shí)現(xiàn)功能完全，性價(jià)比較高，更適合本設(shè)計(jì)。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。可以根據(jù)情況選擇 6MHz、12MHz 或 24MHz 等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 30pF 左右的瓷片電容。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。其結(jié)構(gòu)如下圖。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過(guò)按鍵將電阻R1 與 VCC 接通來(lái)實(shí)現(xiàn)。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 8 9 S 5 2單片機(jī)按鍵模塊發(fā)音單元顯示模塊圖 原理框圖 顯示部分設(shè)計(jì) 數(shù)碼顯示方式數(shù)碼顯示有靜態(tài)顯示方式與動(dòng)態(tài)顯示方式兩種。工作在動(dòng)態(tài)顯示方式時(shí)，數(shù)碼管的位線在掃描控制電路的控制下按設(shè)定順序?qū)ǎ措娐分械臄?shù)碼管是逐個(gè)接通電源，數(shù)碼管的段選線以并聯(lián)方式與譯碼電路聯(lián)接，即在動(dòng)態(tài)工作方式下，數(shù)碼管不是同時(shí)導(dǎo)通顯示而是按照設(shè)定順序分時(shí)導(dǎo)通顯示。為了顯示字符，要為 LED 顯示器段碼，除了組成 8 字形的字符的 7 段，另加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì) 8 段， 因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1 個(gè)字節(jié)。 機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵是利用機(jī)械彈性使鍵復(fù)位，手感明顯，連線清晰，工藝簡(jiǎn)單，適合單件制造。 導(dǎo)電橡膠按鍵是利用橡膠的彈性來(lái)復(fù)位，通過(guò)壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產(chǎn)。 柔性按鍵是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機(jī)的要求來(lái)設(shè)計(jì)。 鍵盤設(shè)計(jì)鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵的部件，它能實(shí)現(xiàn)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 11 傳送命令等功能，是人工干預(yù)計(jì)算機(jī)的主要手段。(1)矩陣式鍵盤單片機(jī)系統(tǒng)中，若按鍵較多時(shí)，通常采用矩陣式（也稱行列式）鍵盤。顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 口線，然而，在按鍵較多時(shí)，I/O 口線浪費(fèi)較大，不宜采用。先逐位查詢每根 I/O 口線的輸入狀態(tài)，如某一根 I/O 口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該 I/O 口線所對(duì)應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。下圖為獨(dú)立式鍵盤電路圖： 圖 獨(dú)立式鍵盤電路圖河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 12 去抖動(dòng)鍵盤編程中主要考慮去抖動(dòng)的問(wèn)題。因?yàn)殒I是機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性及電壓突跳等原因，在觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)。為此需進(jìn)行去抖動(dòng)處理。硬件方法就是加去抖動(dòng)電路，從根本上避免抖動(dòng)的產(chǎn)生。 發(fā)音部分設(shè)計(jì)如下圖所示，發(fā)音電路是由蜂鳴器、三極管、上拉電阻構(gòu)成。圖 獨(dú)立式鍵盤電路圖河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 13 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)軟件的組成 （1）鍵盤掃描程序：檢測(cè)是否有按鍵按下，有按鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無(wú)按鍵按下，則返回鍵盤掃描程序繼續(xù)檢測(cè)。 （3）琴鍵處理程序：根據(jù)檢測(cè)到的按鍵值，查詢音調(diào)表，給計(jì)時(shí)器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 14 系統(tǒng)總體功能流程圖開(kāi)始初始化 T 0自動(dòng)播放鍵按下鍵盤掃描程序b o + +音階鍵按下得到高中低三種方式判斷 P 0 口輸入 ， 設(shè)定鍵值鍵值不為 0根據(jù) 7 個(gè)鍵值和工作方式確定T 0 值啟動(dòng) T 0選擇數(shù)碼管 1 顯示工作方式選擇數(shù)碼管 2 顯示 7 個(gè)音調(diào) ， 發(fā)出對(duì)應(yīng)聲音關(guān)閉聲音播放內(nèi)部存儲(chǔ)音樂(lè)B o / 2 = = 0NYYNYN河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 15 圖 系統(tǒng)總體功能流程圖 參數(shù)計(jì)算 發(fā)音原理若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率） ，再將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。就可在 引腳上得到此頻率的脈沖。 計(jì)算舉例例如，頻率為 523Hz，其周期 T＝1/523＝1912μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs＝956，每計(jì)數(shù) 956 次時(shí)將 I/O 反相，就可得到中音 DO（523Hz） 。2247。其計(jì)數(shù)初值 T 的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi247。fr例如：設(shè) K＝65536，fi＝1MHz，求中音 DO（261Hz） 。2247。2247。 計(jì)算結(jié)果（1）單片機(jī) 12MHZ 晶振，中音符與計(jì)數(shù) T0 相關(guān)的計(jì)數(shù)值如表所示：音符 頻率（HZ） 計(jì)數(shù)值（T 值） 音符 頻率（HZ） 計(jì)數(shù)值（T值）低 1DO 262 63628 4FA 740 648601DO 277 63737 中 5SO 784 64898低 2RE 294