屈娜毕设正文5-3.doc

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第一章概述

1.1单片机介绍

随着科学技术的发展，人们的生活发生了日新月异的变化。智能化、微型化的电器仪器已经更多的被应用到我们的生活中。

钢琴是一种键盘乐器，用键拉动琴槌以敲打琴弦。从十八世纪末以来，在欧洲及美国，钢琴一直是最主要的家庭键盘乐器。钢琴发源于欧洲，十八世纪初，意大利人克里斯多佛利(BartolommeoCristofori)发明的一种类似现代钢琴的键盘式乐器。至今已有三百多年的历史。钢琴之所以成为乐器大家族中的“王者”，是人类的精神文明及科技文明的发展所赋于它的，钢琴作为乐器的出现，是人类社会生活的需求，钢琴的发展更从一个侧面反映了人类社会精神生活不断发展的状态。钢琴作为物质基础，为音乐家的创作提供了条件，音乐家创造发展的钢琴文化又促进钢琴结构功能的进一步成熟。但是钢琴的价格昂贵，体积较大等一系列缺点使我们不能承受。

于是，1934年由美国人劳伦斯·哈梦特制造发明了电子琴，到现在只有50多年历史。当初发明它的目的是用它来代替巨大的管风琴（管风琴是乐器中最大的一种，最低的发音管有10多米长）。后来日本人在五十年代买下了这项专利技术，开始生产电子琴，并把它用于音乐教育。电子琴因便宜，体积小，易携带等优点迅速被人们所接受。

随着电子科学技术的发展，单片机的应用已经越来越贴近生活，用单片机来实现一些电子设计也变得容易起来。用单片机控制制作出的电子琴，结构简单，可靠性高，并且价格低廉，具有实用的价值。这种电子琴能够支持单音和复音弹奏，如果与高品质的音源芯片连接，音质更可与高档电子琴相媲美。

1.2本毕业设计课题的研究意义

（1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。

（2）熟悉8951单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。

（3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相关软硬件。

（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。

（5）可以随意弹奏想要表达的音乐，比传统电子琴功能更完善，制作简单，成本低。

1.3本论文的目的和内容

1.3.1目的

（1）.了解电子琴的设计原理。

（2）.掌握矩阵键盘的识别方法。

（3）.掌握音符的产生方法。

1.3.2内容

（1）.由4X4组成16个按钮矩阵，设计成16个音。

（2）.可随意弹奏想要表达的音乐。

第二章系统设计

2.1系统介绍

本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的基本功能，故叫简易电子琴。在设计中采用4*4矩阵键盘，其中，七个键控制doxi7个基本发音；音量锁定键1个，调节音量大小2个；复位键1个，当按下此键时，所有功能停止；总启动键1个；控制长短音功能键4个，当锁定键按下时，按短音控制键发出短音，按复位键回复正常，长健同理。

利用定时器可发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。其次，定时器按设置的定时参数产生中断，这一次中断发出脉冲低电平，下一次反转发出脉冲高电平，由于定时参数不同，就发出不同频率的脉冲，本设计中按键一次，会发出50个脉冲，松开后随之延时10个脉冲，但在延时的10个脉冲期间继续检测键盘，若此时又有键被按下，若被按下的仍为原键则声音不变，否则键盘会译出被按下的另一个键的音调。

2.2总体方案确定

本电子琴系统主要包括MCS-51单片机、键盘模块、发生模块以及显示模电路设计框图如图2-1所示。

80S51

80S51

键盘模块

显示模块

发声模块

图2-1电子琴电路设计框图

P1.0

图3-5发声模块

3.6显示模块

共阳极数码管再接电源时需接上拉电阻，共阴数码管用NPN驱动。

LED显示模块是利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0-P0.7连接到一个共阴极数码管的a-h的笔段上，数码管的公共端接地。在数码管上循环显示0-9数字，时间间隔0.2秒。如图3-6所示：

图3-6显示模块

3.7总体电路图

综合上述分析可知总体电路图如图3-7所示：

图3-7总电路图

第四章软件设计

4.1发声原理及程序流程图

4.1.1音乐发声原理

用电子琴可以演奏出各种美妙的音乐，而音乐是由音符组成。不同的音符是由相应频率的振动产生。由8051单片机模拟产生音符，只需算出音频周期T=1/f，利用音频的变化产生不同电平驱动发声模块，来达到产生音乐的目的，因此我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

利用AT89S51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同的音阶，例如，频率为52