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课程设计报告基于单片机的简易电子琴设计姓学班名：号：级：测控 1501 班专业名称：测控技术与仪器 2017 年 12 月 i

课程设计报告课程设计（论文）任务书课程设计（论文）题目：基于单片机的简易电子琴设计基本内容和设计要求：用矩阵键盘代表琴键，至少能弹出 8 个音符，分别是：音符 1,2,3,4,5,6,7,1 。键按下的时间长短表征节拍的长短。用蜂鸣器发出声音。点阵实时动态显示音符高低（自由显示）。 ii

课程设计报告目录目录课程设计（论文）任务书................................................................................................ii 摘要....................................................................................................................................1 第 1 章绪论......................................................................................................................2 1.1 基于单片机的电子琴简介..................................................................................2 1.2 设计主要内容......................................................................................................2 1.2.1 硬件设计部分..........................................................................................2 1.2.2 软件设计部分..........................................................................................2 第 2 章系统硬件设计......................................................................................................2 2.1 硬件组成..............................................................................................................2 2.2 按键模块..............................................................................................................3 2.3 发声模块..............................................................................................................3 2.4 显示模块..............................................................................................................4 第 3 章系统软件设计......................................................................................................5 3.1 主程序.................................................................................................................5 3.1.1 主程序框图及初始化...............................................................................5 3.1.2 按键扫描模块...........................................................................................5 3.1.3 声音产生模块...........................................................................................6 3.1.4 LED 点阵产生模块.................................................................................. 7 3.2 中断服务程序.....................................................................................................8 第 4 章调试测试与实验分析..........................................................................................9 4.1 按键发声模块的调试.........................................................................................9 4.2 LED 点阵显示模块的调试................................................................................. 9 参考文献..........................................................................................................................10 心得体会.......................................................................................................................... 11 附录一硬件原理图........................................................................................................12 附录二程序清单............................................................................................................13 附录三实物照片............................................................................................................24 3

课程设计报告第 1 章绪论摘要随着电子技术的蓬勃发展及其在各个领域中的渗透，电子音乐作为一种新的音乐形式渐渐被人们接纳和追捧。其中比较有代表性的电子音乐——电子琴，也已经被音乐爱好者广为喜爱。电子琴经过上百年的发展，其设计生产技术已经趋于成熟。目前针对儿童玩具的微型电子琴研究具有广阔的市场前景，这种微型电子琴由于成本低、功能强，深受广大人们的喜爱，是初学电子琴的首选。国内对微型电子琴的研究已经很多，其设计思路和方式也是多种多样，主要是利用单片机、PLC 技术等来产生声源和控制音阶。本系统采用单片机 STC89C52 为电子琴的控制核心，系统主要包括电源模块、最小系统模块、播放模块、矩阵按键控制模块和 LED 点阵模块。电源模块通过电脑为单片机提供直流五伏电源。最小系统模块包括晶振部分和复位电路部分，晶振为单片机的心脏部分，为单片机提供驱动。播放模块主要包括蜂鸣器和三极管，三极管作为放大器作用。本设计的特点就是采用单片机控制定时/计数器 T0 从而产生方波频率信号，各个频率信号分别对应不同的音阶，分别由对应的按键控制；音阶是通过单片机产生不同频率来获取的，从而随意弹奏音乐。本文以 89C52 单片机[1]最小系统为核心，通过 4*4 矩阵式键盘模拟 16 个琴键，采用定时/计数器 T0 产生一定频率的方波信号驱动蜂鸣器发声，并通过 8*8 的 LED 点阵实时动态显示弹出音符的简谱。关键词：89C52，电子琴，4*4 矩阵式键盘，8*8LED 点阵 -1-

课程设计报告第 1 章绪论第 1 章绪论 1.1 基于单片机的电子琴简介基于单片机的电子琴[2]是一种用单片机来模拟电子琴发声和简谱显示的装置，能够实现电子琴的简单功能，对电子技术中硬件设计和软件编程都能起到一定的训练作用。 1.2 设计主要内容本设计要实现通过 16 个按键驱动蜂鸣器发出 16 个音，并通过 LED 点阵屏动态显示音符的简谱。本设计包含硬件设计和软件设计两大部分。 1.2.1 硬件设计部分硬件部分主要包括按键模块、发声模块和显示模块三个部分。其中按键模块采用 4*4 的矩阵式键盘，发生部件选择蜂鸣器，显示模块选用 8*8 的 LED 点阵屏。 1.2.2 软件设计部分软件部分主要包括键盘的扫描、声音的产生、简谱的显示三个部分。键盘和简谱显示均采取行列扫描的方式，编程原理大致相同；声音的产生是通过定时/计数器 T0 来实现，通过查询简谱码设定计数初值，并通过在 T0 计数溢出中断子程序中对 P3.6 取反来实现方波输出，驱动蜂鸣器发声。第 2 章系统硬件设计 2.1 硬件组成硬件以 89C52 单片机为核心，外部扩展 4*4 矩阵式键盘来模拟 16 个按键，用蜂鸣器来发声，外部扩展 8*8LED 点阵来动态显示音符的简谱。基本硬件结构图如图 2.1 所示。 -2-

课程设计报告 2.2 按键模块第 2 章系统硬件设计图 2.1 电子琴基本硬件结构图本设计需要 16 个按键，为了简单方便和节省 I/O 口，本设计直接用开发板上的 4*4 的非自锁的矩阵式键盘。查询开发板的原理图可知，P2.0~P2.4 用于行扫描，P2.4~P2.7 用于列扫描。按键模块的电路图如图 2.2 所示： 2.3 发声模块图 2.2 按键模块电路图本设计用蜂鸣器来发声，查询开发板的原理图可知，蜂鸣器与 P3.6 相接，电路图如图 2.3 所示：图 2.3 发声模块电路图 -3- S 1 S W - P B S 2 S W - P B S 3 S W - P B S 4 S W - P B S 5 S W - P B S 9 S W - P B S 1 3 S W - P B S 1 4 S W - P B S 1 5 S W - P B S 1 6 S W - P B V C C S 6 S W - P B S 7 S W - P B S 8 S W - P B S 1 0 S W - P B S 1 1 S W - P B S 1 2 S W - P B P 2 . 0 P 2 . 1 P 2 . 2 P 2 . 3 P 2 . 4 P 2 . 5 P 2 . 6 P 2 . 7 5 . 1 K R 1 R e s 2 5 . 1 K R 2 R e s 2 5 . 1 K R 3 R e s 2 5 . 1 K R 4 R e s 2 B U Z Z E R S p e a k e r 4 . 7 K R 6 R e s 2 Q ? P N P V C C P 3 . 6

课程设计报告 2.4 显示模块第 2 章系统硬件设计本设计用 8*8LED 点阵屏[3]来实时动态显示声音的简谱，同样采取行列扫描的方式。点阵屏的 8 个行引脚则直接与单片机的 P0 口相连；而点阵屏的 8 个列引脚则直接与单片机的 P1 口相连即可。显示模块的电路图如图 2.4 所示：图 2.4 显示模块电路图 -4- 1 P 1 . 0 2 P 1 . 1 3 P 1 . 2 4 P 1 . 3 5 P 1 . 4 6 P 1 . 5 7 P 1 . 6 8 P 1 . 7 A P 0 . 0 B P 0 . 1 C P 0 . 2 D P 0 . 3 E P 0 . 4 F P 0 . 5 G P 0 . 6 H P 0 . 7 8 * 8 L E D 点阵 * C o m p o n e n t _ 3

课程设计报告第 3 章系统软件设计第 3 章系统软件设计 3.1 主程序 3.1.1 主程序框图及初始化主程序框图如图 3.1 所示 3.1.2 按键扫描模块图 3.1 主程序框图采取行列扫描的方式，先判断是否有键按下，再判断是哪个键按下，并对键进行编码。按键扫描的流程图如图 3.2： -5-

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