课程设计报告课程名称单片机原理及应用设计题目电子琴的设计专业班级自动化1142姓名周太永学号1104421242指导教师蔡长青张卓起止时间2014.6.23-2014.7.11成绩评定考核内容设计表现设计报告答辩综合评定成绩电气与信息学院2013/2014学年第二学期《单片机控制系统设计与调试》课程设计任务书指导教师：蔡长青班级：自动化1141、2班地点：机房、单片机实验室（实训中心415）课程设计题目：基于单片机原理的电子琴设计一、课程设计目的1.灵活运用单片机的基础知识，依据课程设计内容，能够完成从硬件电路图设计，到PCB制版，再到软件编程及系统调试实现系统功能，完成课程设计，加深对单片机基础知识的理解，并灵活运用，将各门知识综合应用。

2.能够上网查询器件资料，培养对新知识新技术的独立的学习能力和应用能力。

3.独立完成一个小的系统设计，从硬件设计到软件设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。

二、课程设计内容（包括技术指标）1.焊接。

认真、仔细，避免缺焊、漏焊。

2.频率计算。

会计算脉冲值与频率的关系。

3.工作过程。

开机时，第一步是对定时器T0进行初始化，设定它的工作状态(对于本系统将T0设定为工作方式0)；然后判断是否有键按下，如果没有按键按下，继续判断，如果有按键按下，则判断是哪个键按下；再根据按键的功能将计数初值装入定时器T0中中并启动T0，当T0定时完毕后，重新装入计数初值继续定时并将P3.3取反，再次定时完毕后再一次的装入计数初值继续定时并将P3.3取反，一直循环此操作直到按键释放为止，按键释放后停止T0工作并再次判断是否又有按键按下，并继续执行以前的过程。

三、时间安排1．布置任务、查资料1天2．硬件电路图设计及PCB制版3天3．硬件电路图及PCB制版验收、电路板焊接1天4．软件编程设计3天5．系统调试3天6．调试验收1天7．完成设计报告3天四、基本要求1.画出硬件电路图，完成PCB制版；2.画出软件流程图，编写程序（C51语言/汇编语言）；3.完成系统调试；4.提交设计报告。

摘要随着电子技术的发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣，电子技术与音乐的结合不断加深。

由此而产生的电子琴在这种形势下，因其体积小，易于携带，经济适用，对初学者，尤其对识谱的人来说是很容易弹奏的，一首简单的曲子灵感好的人甚至不用很多的练习和教师的指导就能很快的弹奏出来。

是一般家庭都能承受得了的经济投入，而且电子琴键盘操作直观易于掌握。

这样就强烈地激发了学习者的学习兴趣，迅速地提高了电子琴的普及率。

电子琴使用简单。

深受广大音乐爱好者推崇。

作为当代的大学生，掌握电子琴的制作是很好检验我们所学知识应用。

它所包含的知识基本上覆盖我们的模拟电子技术基础、数字电子技术基础、EDA技术、电子线路、单片机基础以及接口技术课程的重要章节。

虽然我们不能设计出很复杂的电子琴，主要是考虑到设备以及成本等一系列问题，因此我打算设计并制作一个简易的电子琴。

采用集成电路设计，基于AT89S52单片机设计一款简易的电子琴，采用4*4距阵键盘，鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。

关键字电子琴单片机 AT89S52目录1 引言1.1 电子琴设计的背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作，因此开发本系统希望能够给人们多带来一点生活上的乐趣。

基于当前市场上的玩具市场需求量大，其中电子琴就是一个很好的应用方面。

单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。

并且可以进行一定的功能扩展。

鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。

1.2 电子琴设计的意义该设计具有以下优点：（1）可以随意弹奏想要表达的音乐；（2）制作简单，成本低。

（3）比传统电子琴功能更完善。

1.3 电子琴设计的目标由于本设计主要用于人们娱乐方面，因此在设计上尽量使其安全以及简单易操作。

其次，在这次设计可行性上进行分析如下：1.3.1 经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于课程设计是提高我们的动手能力以及资金有限。

因此在经济上必须能够承受，比较理想化的对于我们课程设计来说是不可行的。

通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。

1.3.2 技术可行性：技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成课程设计的主要问题，硬件、软件能否满足设计者的需要等。

通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。

综上所述，本系统设计目标已经明确，在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。

2 系统组成及方案论证2.1 系统组成本系统主要以51系列单片机为核心，与键盘、扬声器、LED显示模块一起组合而成。

主要包括：2.1.1播放模块播放模块是由扬声器构成，它几乎不存在噪声，声音效果较好，采用三极管驱动，由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。

2.1.2按键控制模块电子琴设有8个按键，其中7个作为音符输入，另外一个按键作为自动放歌按键，实现用户存放的自动播放歌曲。

7个按键分别代表7个音符，然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态。

通过软硬件设计，自动放歌按键触发外部中断，中断使程序跳转，启动电子琴自动播放歌曲或单独演奏。

2.2控制系统方案选择方案一：用可控硅制作电子琴。

将220V交流电经变压器降压，再经过整流、滤波，直接获得直流电压。

将单向可控硅和电阻、电容组成振荡器电路。

但该设计方案制作成本高且复杂。

方案二：采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能，因此Atmel公司已经停产，在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面比较困难。

方案三：采用STC89C52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间，并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能强。

鉴于上述对比与分析，本系统设计采用方案三。

2.3设计原理图2-2设计原理框图主要利用单片机中的定时器中断、扬声器实现了演奏和显示功能。

针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性，通过对定时器T0送入不同的初值，调节T0的溢出时间，输出频率可控的方波，从而控制不同音阶的音调高低。

而对于音长的控制，则可以向定时器T1送入一个固定初值，通过控制定时器中断循环的次数，来实现对发音时间长短的控制。

对于音符和曲目的显示，主要通过读入键值，判断所选曲目或音符，我们主要使用单片机设计简易电子琴，利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。

一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系整理出来即可。

如图2-2为设计原理框图。

3 组成系统各部分的简介3.1 AT89S52功能特性：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。

使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

8 位微控制器8K 字节在系统可编程Flash AT89S52。

主要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

图3-1 AT89S52单片机管脚图3.2 时钟电路时钟电路用于产生STC89S52单片机工作时所必须的控制信号。

STC89S52单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。

STC89C52单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为准，有条不紊、一拍一拍地工作。

因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。

常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。

本设计中的时钟电路选择2个30pF的电容、1个震荡频率为11.0592Hz的石英晶体,构成内部时钟晶体电路如图3-1所示。

图3-2 AT89S52内部时钟方式3.3 复位电路STC89C52的复位是由外部的复位电路实现的复位是单片机的初始化操作，只需给STC89S52的复位引脚RST加上大于两个机器周期（即24个时钟震荡周期）的高电平就可使STC89C52复位。

如图3-2所示.当STC89C52进行复位时，PC初始化为0000H，使STC89C52单片机从程序储存器的0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错（如程序“跑飞”）或操作错误使系统处于“死锁”状态时，也需按复位键即RST脚为高电平，使STC89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。

复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。

本设计中的复位电路选择1个10uF的电容、1个10K，1个2K电阻、以及1个复位开关。

图3-3 按键电平复位电路3.4键盘电路电子琴键盘采用独立式键盘。

其特点是一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O口输入线的电平状态，可以很容易的判断哪个按键被按下，如图3-4所示。

图3-4键盘电路3.5音频放大电路使用PNP管来放大，其中发射极接5V电源，集电极接扬声器，电路中的电容是用来隔离直流电用的。