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单片机实验报告电子琴

一、实验目的

实验目的主要包括以下三个方面：

(1)通过本次实验，使学生深入了解单片机的基本原理和编程方法，掌握单片机在电子琴设计中的应用。实验中，将使用单片机作为核心控制单元，通过编程实现电子琴的基本功能，如音调的产生、音量的调节以及音符的切换等。实验过程中，学生需要掌握单片机的GPIO编程、定时器中断、PWM调频等技术，这些技术对于后续深入学习单片机应用具有重要意义。

(2)本实验旨在培养学生的实际动手能力和问题解决能力。在实验过程中，学生需要根据设计要求，自主设计电路图，选择合适的元器件，并完成电路的搭建和调试。通过实验，学生可以了解电子琴的工作原理，学习如何将理论知识应用于实际工程中。此外，实验过程中可能会遇到各种问题，如电路故障、程序错误等，学生需要通过查阅资料、分析问题原因并逐一解决，从而提高自己的问题解决能力。

(3)通过本次实验，学生将学习如何将单片机与其他电子元件（如按键、扬声器、电位器等）进行有效结合，实现一个完整的电子琴系统。实验中，学生需要根据电子琴的设计要求，合理分配资源，优化程序结构，提高系统的稳定性和可靠性。此外，实验还要求学生掌握电子琴的音色设计，包括音调、音色、音量等参数的调整，使学生能够根据实际需求进行个性化定制。通过这一过程，学生将掌握电子琴设计的基本方法，为今后从事相关领域的工作打下坚实基础。

二、实验原理

(1)本实验基于单片机原理，通过编程实现对电子琴的音调、音量和音符的控制。实验中使用的单片机通常具备较强的处理能力和丰富的接口资源，能够满足电子琴设计的需求。单片机通过读取按键输入，触发相应的音符播放，同时利用PWM技术调节音量大小，通过定时器中断产生稳定的时钟信号，实现音符的准确播放。

(2)电子琴的音调产生主要依赖于单片机的PWM（脉冲宽度调制）功能。通过调整PWM的占空比，可以改变输出信号的频率，从而产生不同的音调。在实验中，单片机的定时器用于生成基准时钟信号，PWM模块根据音符的频率要求调整占空比，最终通过扬声器输出相应的音调。

(3)电子琴的音量控制通常通过调节PWM信号的占空比来实现。当按键被按下时，单片机记录按键对应的音符信息，并通过调整PWM占空比来改变输出信号的幅度，从而控制音量大小。此外，实验中还会用到电位器来调节音量，通过读取电位器的模拟值，单片机可以实时调整PWM占空比，实现音量的精细控制。

三、实验步骤

(1)实验开始前，首先需要对单片机进行初始化设置。这包括配置单片机的时钟系统、中断系统、GPIO口等。以AT89C51单片机为例，需要设置时钟频率为12MHz，并配置定时器1为模式2，中断系统为外部中断0和定时器中断。初始化代码如下：

```c

voidinit_system(void){

TMOD|=0x20;//定时器1模式2

TH1=0xFC;//设置定时器1初值

TL1=0x66;//设置定时器1初值

ET0=1;//开启定时器0中断

EA=1;//开启全局中断

EX0=1;//开启外部中断0

PX0=1;//设置外部中断0优先级

//...其他初始化代码

}

```

(2)接下来，设计按键电路和PWM输出电路。按键电路通常使用普通按钮或触摸按键，通过单片机的GPIO口读取按键状态。以4个音符为例，可以设计一个4x4的矩阵键盘，通过行扫描和列扫描的方式检测按键按下。PWM输出电路则使用单片机的PWM模块，通过调整占空比来控制音量大小。以下是一个按键检测和PWM输出的示例代码：

```c

voidscan_keypad(void){

unsignedcharrow,col;

for(row=0;row4;row++){

P1=~(1row);//设置当前行为低电平

for(col=0;col4;col++){

if((P1(1col))==0){//检测到按键按下

//根据按键位置，设置音符和音量

note=keys[row][col];

volume=get_volume();//获取音量值

play_note(note,volume);

break;

}

}

}

}

voidplay_note(unsignedcharnote,unsignedcharvolume){

//设置PWM占空比，产生对应音符的频率

switch(note){

case1:

//设置PWM频率和占空比，播放音符C4

break;

case2:

//设置PWM频率和占空比，播放音符D4

break;

//...其他音符设置

}

//设置音量大小

PWM_Set_DutyCycle(volume);

}

```

(3)最后，设计一个循环检测按键状态，并在按键按下时调用相应的函数来播放音符。同时，实时检测电位器的模拟值