基于51单片机的复音电子琴课程设计.doc

基于51单片机的复音电子琴课程设计 刘汇鹏 课程组1班 指导老师：宋荣 摘要：本设计是基于数字电路为基础，以单片机技术为核心，软件设计采用模块化结构，采用C语言编程，通过按键控制，可以发出两个不同的声音，并实现音乐盒的功能。内容上首先描述系统硬件工作原理，介绍各个接口模块的功能，而后介绍软件上的各个功能模块。 关键字：单片机，电子琴，STC90C51 绪论 随着科学技术的迅速发展，尤其是在电子领域上的发展，让电器走进千家万户，越来越多的物件可以用电器用品代替，电子乐器渐渐代替传统乐器出现在众人眼前，电子乐器相比于传统乐器更轻便，也更加便宜，让乐器走进千家万户，这次制作的核心在于单片机，单片机体积小，性能好，造价便宜。并且能实现强大的功能。复音电子琴不仅能够实现复音效果，还能成为一个音乐盒，这也是得益于单片机的强大功能。 设计要求与方案 设计要求 1．能够实现电子琴的复音功能。 2．能够实现音乐盒的功能 设计方案 关于电子琴的发声原理 本作品采用了用单片机模块产生的频率进行输出，蜂鸣器作为输入，蜂鸣器收到来自单片机控制端口的不同频率的信号，会发出对应的声音频率，这就完成了从电信号转换成声音信号的过程。 关于电子琴的复音功能 复音是指由许多纯音组成的声音。复音的频率用组成这个复音的基音的频率来表示。一般乐器发出的声音都是复音。 硬件电路设计概述 硬件电路由两片AT89C52单片机芯片为核心，接上复位电路，晶振电路，按键电路以及发声电路组成的。通过软件编程，编写代码烧写到单片机芯片里，配合复位电路和晶振电路组成单片机最小系统，晶振产生的频率由单片机进行程序控制，得到想要的电信号频率。通过两个单片机控制端，使单片机能够准确得到两个按键信号，并使对应的蜂鸣器发声。 主要单元电路设计 晶振电路设计 晶振电路如图2所示 图2 晶振电路 复位电路设计 复位电路如图3所示，使两片单片机芯片共用一个复位按键，相比互相独立的两个复位按键的单片机模块更加便捷。 图3 复位电路设计 按键电路设计 按键电路如图4所示，使两片单片机共同对独立按键的信号进行实时扫描，读取信号进行下一步操作。 图4 按键电路设计 软件设计 单片机发音原理 1．音调的确定? 音调就是我们常说的音高。它是由频率来确定的！我们可以查出各个音符所对应的相应的频率，那么现在就需要我们来用51来发出相应频率的声音！我们常采用的方法就是通过单片机的定时器定时中断，将单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反，或者说来回清零，置位，从而让蜂鸣器发出声音，为了让单片机发出不同频率的声音，我们只需将定时器予置不同的定时值就可实现。那么怎样确定一个频率所对应的定时器的定时值呢？ 以标准音高A为例：A?的频率f?=?440?Hz,其对应的周期为：T?=?1/?f?=?1/440?=2272μs? 那么，单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为：t?=?T/2?=?2272/2?=?1136?μs? ，也就是清零、置位在一个周期内完成这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，单片机奏乐时，其定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f0，则定时器的予置初值由下式来确定：t?=?12?*（TALL–?THL）/?f0式中TALL=?216=?65536,THL为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为：? TH?=THL/?256?=?(TALL-?t*f0/12)?/?256? TL?=?THL?%?256?=?(?TALL-?t*f0/12)?%256? 将t=1136?μs代入上面两式（注意：计算时应将时间和频率的单位换算一致）即可求出标准音高A? 在单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的时器高低计数器的予置初值为： TH440Hz?=?(65536?–?1136?*?12/12)?/256?=?FBH?? TL440Hz?=?(65536?–?1136?*?12/12)%256?=?90H? ?就这样，我们通过延时，发出了我们所需要的频率, N N 判断是否有按键按下？ 判断是否有按键按下？ Y Y 延时去抖 延时去抖 发出对应按键的声音 发送标志位为1的命令