基于51单片机的电子琴设计大学生毕业（设计）论文.doc

目 录 一、设计电子琴的作用与目的 1 二、电子琴设计要求 1 三、电子琴设计所用设备及软件 2 四、电子琴系统设计方案 2 五、电子琴系统硬件设计 3 5.1 琴键控制电路 3 5.1.1 矩阵式键盘 3 5.1.2 独立式键盘 4 5.1.3 方案比较 4 5.2 数码管显示电路 5 5.2.1 LED数码管显示原理 5 5.2.2 LED数码管静态显示 5 5.2.3 LED数码管动态显示 6 5.2.4 方案比较 7 5.3 音频功放电路 7 5.4 时钟-复位电路 8 5.4.1 时钟电路 8 5.4.2 复位电路 8 5.5 电源电路 9 5.6 整体电路 10 六、电子琴系统软件设计 10 6.1 系统硬件接口定义 10 6.2 主函数 10 6.3 初始化函数 11 6.4 数码管显示函数 11 6.5 中断函数 11 6.6 键值扫描函数 12 6.7 音频处理函数 13 七、电子琴设计调试 14 7.1 调试工具 14 7.2 调试结果 14 7.3 电子琴设计中的问题及解决方法 15 八、电子琴设计总结 15 参考文献 17 附录1：电子琴系统原理图 18 附录2：源程序 19 基于51单片机的电子琴设计 在电子音乐领域，电子音调作为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的角色。目前，由于电子音乐的普及，电子音调合成器（合成器实际上就是一台声音的频率合成仪，可以制作各种声音，改变各种音色）可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。其中，电子琴就是一种新型的键盘电子乐器。 本设计除了需要计算机，还会用到三款软件：作图软件Protel99SE、仿真软件Proteus、编程软件Keil uVision4。关于这三种软件的简介如表1所示。表1 软件简介 软件名称 Protel99SE Protel99SE是PC环境下以独特设计管理和协作技术为核心的印制电路板设计软件系统，是基于Windows 95/98/2000/NT的全32位EDA设计系统。它主要采用了SmartDoc技术、SmartTool技术、SmartTeam技术。 绘制电路图和PCB板 Proteus Proteus软件具有其它EDA工具软件的功能，诸如：原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真。除此之外还有一些革命性的特点：互动的电路仿真、仿真处理器及其外围电路。 数字电路仿真 Keil uVision4 uVision4在uVision3 IDE的基础上，增加了更多大众化的功能：多显示器和灵活的窗口管理系统；系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息；调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局；多项目工作区简化与众多的项目。 编写程序 四、电子琴系统设计方案 本系统采用AT89C51为主控芯片，因其精度较高，操作比较灵活，输入电路和输出电路由芯片来进行处理，电路的系统的稳定性高，功耗小。其中，输入电路有8个独立按键，通过按键随意按下所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。由于需要显示的信息不多，显示电路未采用液晶屏显示，而是使用数码管显示电路负责显示按下的琴键所对应的键值，这样既节省了成本了，又降低了编程难度。 如图1所示基于单片机AT89C51的电子琴电路，它主要由琴键控制电路、数码管显示电路、音频功放电路、时钟-复位电路和电源电路五部分所构成。? 五、电子琴系统硬件设计 基于单片机AT89C51的电子琴电路由琴键控制电路、数码管显示电路、音频功放电路、时钟-复位电路和电源电路五部分所构成。琴键控制电路采用了8输入与门芯片CD4068B，收集8个独立按键的开关状态信号，并触发单片机的外部中断来处理；而数码管显示电路负责显示按下的琴键所对应的键值；同时，音频功放电路也会播放琴键对应的音调；电源电路为整个电路提供能源。 5.1 琴键控制电路 琴键控制电路作为人机联系的输入部分，也是间接控制数码显示和音频功放的重要组成部分。键盘按照连接方式可以分为独立式和矩阵式键盘两类。 5.1.1 矩阵式键盘 4X4矩阵式键盘电路，由一个4X4的行、列结构可以构成一个16个按键键盘，再结合芯片74LS20来触发中断。在按键数目较多的场合，要节省较多的I/O口线。 矩阵中无按键按下时，行线为高电平；当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平也为高，这是识别按键是否按下的关键所在。 5.1.2 独立式键盘 独立式键盘的特点是一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可判断出被按下的按键。 显而易见，这样电路简单，各条检测线独立，识别按下按键