单片机课程设计任务书题目: 基于单片机的简易电子琴电路设计初始条件：简易电子琴一般具有弹奏一个自然大调7声音阶的功能。

本课程设计，要求用AT89C51等系列芯片实现控制功能，利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用LM386放大电路实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器进行播放“送别”。

要求完成的主要任务:1.设计任务根据已知条件，设计并制作一个简易电子琴。

2.设计要求（1）基本要求：①具备7个按键，能够分别较准确地弹奏出1～7八个音符。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。

用EWB或MULTISIM软件完成仿真，之后制作出相应实物，并按规定格式写出课程设计报告书。

（2）扩展要求：（在完成基本要求的前提下，学有余力的同学可完成）①能够弹奏出至少21个音符（三个音阶）。

②能够较便捷地完成音阶的升降。

（用另外三个按键开关实现正常、升8度和降8度的切换）。

时间安排：指导教师签名：年月日基于单片机的简易电子琴控制系统设计摘要目的：本设计主要研究基于AT89C52单片机的简易电子琴设计。

方法：它是以单片机作为主控核心，设置键盘、蜂鸣器等外围器件；另外还用到一些简单器件如：两位数码管，和NPN型三极管及电阻等。

利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用NPN型三极管8550实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器进行播放“送别”。

结果：本设计硬件部分主要由最小系统，按键系统模块、数码管显示模块和蜂鸣器模块组成。

其软件部分主要有主程序模块、定时中断程序、定时计数程序、显示程序。

（1）最小系统：它是单片机应用系统的设计基础。

它包括单片机的选择、时钟系统设计、复位电路设计、简单的I/O口扩展、掉电保护等。

（2）按键系统模块：本设计采用10个按键，其中7个按键用来显示7个音调，其它3个按键可以进行高低中音的切换，并自动播放已存歌曲。

（3）数码管显示模块：SM420562段选端接在单片机的P0口，两个位选端分别接在P2^0和P2^1。

（4）蜂鸣器模块：此电子琴发音电路是通过三极管驱动蜂鸣器发音，经过上拉电阻提高驱动能力。

结论：本次设计首先对单片机设计简易电子琴仔细分析，接着制作硬件电路和编写软件的程序，最后进行软硬件的调试运行。

并且从原理图，主要芯片，各模块的原理和各个模块的程序调试来阐述。

利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，实现高、中、低共21个音符的发音和显示和音乐播放时的控制显示，并且能自动播放程序中编排的音乐。

系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比高等，具有一定的使用和参考价值。

关键词：单片机定时中断蜂鸣器数码管 c语言编程1 系统设计本项目所制作的电子琴控制系统是以51单片机为核心的系统，它主要包括模拟信号 主控芯片89C52、发音单元、显示模块、按键模块组成。

具体方案如图1-1所示：图1-1 系统模块采用AT89C52单片机作为主控芯片，设置键盘、蜂鸣器等外围器件，另外还用到一些简单器件如：两位数码管，和NPN 型三极管及电阻等。

利用按键实现音符和音调的输入；两位的数码管进行被操作的按键显示；用NPN 型三极管8550实现低音频功率放大；最后用蜂鸣器发音。

2 硬件电路设计2.1显示部分设计（1）数码显示方式数码显示有静态显示方式与动态显示方式两种。

工作在静态显示方式时，数码管的位线与电源一直相连，数码管中的二极管均处于通电状态，即在静态工作方式下，显示电路中数码管的位选线是同时选通，而数码管的段选线是独立输入。

工作在动态显示方式时，数码管的位线在扫描控制电路的控制下按设定顺序导通，即电路中的数码管是逐个接通电源，数码管的段选线以并联方式与译码电路联接，即在动态工作方式下，数码管不是同时导通显示而是按照设定顺序分时导通显示。

（2）八位数码管的结构本次课程设计的显示电路采用两位数码管进行显示，由于此设计采用的是共阴极的，使用时不加限流电阻为了显示字符，要为 LED 显示器段码，除了组成8字形的字符的 7段，另加上1个小数点位，共计8段， 因此提供给 LED 显示器的显示段码为1个字节。

图2-1 数码管电路2.2按键部分设计（1）操作键设计常用的按键有三种：机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）。

机械触点式按键是利用机械弹性使键复位，手感明显，连线清晰，工艺简单，适合单件制造。

但是触点处易侵入灰尘而导致接触不良，体积相对较大。

导电橡胶按键是利用橡胶的弹性来复位，通过压制的方法把面板上所有的按键制成一块，体积小，装配方便，适合批量生产。

但是时间长了，橡胶老化而使弹力下降，同时易侵入灰尘。

柔性按键是近年来迅速发展的一种新型按键，可以分为凸球型和平面型两种。

柔性按键最大特点是防尘、防潮、耐蚀，外形美观，装嵌方便。

而且外形和面板的布局、色彩、键距可按照整机的要求来设计。

但是由于客观条件与经济能力有限，本系统采用机械触点式按键。

（2）键盘设计键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件，它能实现向计算机输入数据，传送命令等功能，是人工干预计算机的主要手段。

键盘可以分为2类：独立连接式键盘和矩阵式键盘。

矩阵式键盘：单片机系统中，若按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。

矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。

显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上．当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。

这是识别按键是否按下的关键。

独立连接式键盘:独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，然而，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。

独立式按键软件常采用查询式结构。

先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O 口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。

由于本程序较为简单，为了使用方便及节省资源，选择独立式键盘。

下图为独立式键盘电路图：图2-2 独立式键盘电路图(3)去抖动键盘编程中主要考虑去抖动的问题。

当测试表明有键被按下之后，紧接着就进行去抖动处理。

因为键是机械开关结构，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。

为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行行状态输入。

为此需进行去抖动处理。

去抖动有硬件和软件两种方法。

硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生。

软件消抖，在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键己按下，消除了抖动。

2.3发音部分设计如下图所示，发音电路是由蜂鸣器、三极管、上拉电阻构成。

由三极管来驱动扬声器发音的，同时加上拉电阻增强驱动电流，提高驱动能力。

图2-3 独立式键盘电路图3 软件程序设计3.1 系统分析（1）系统软件的组成①键盘扫描程序：检测是否有按键按下，有按键按下则记录按下键的键值，并跳转至功能转移程序；无按键按下，则返回键盘扫描程序继续检测。

②功能转移程序：对检测到的按键值进行判断，是琴键则跳转至琴键处理程序，是功能键则跳转至相应的功能程序，我们设计的功能程序有两种，即音色调节功能和自动播放乐曲的功能。

③琴键处理程序：根据检测到的按键值，查询音调表，给计时器赋值，使发出相应频率的声音。

④自动播放歌曲程序：检测到按键按下的是自动播放歌曲功能键后执行该程序，电子琴会自动播放事先已经存放的歌曲，歌曲播放完毕之后自动返回至键盘扫描程序，继续等待是否有按键按。

3.2 参数计算（1）发音原理若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。

利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。

就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。

利用AT89C51的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音阶。

（2）计算举例例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs ＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

计数脉冲值与频率的关系式是：N＝fi÷2÷fr，式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。

其计数初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求中音DO（261Hz）。

T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr ＝65536－1000000÷2÷fr＝65536－500000/fr，中音DO的T＝65536－500000/523＝64580。

（3）计算结果（1）单片机12MHZ晶振，中音符与计数T0相关的计数值如表所示：音符频率（HZ）计数值（T值）音符频率（HZ）计数值（T值）低1DO 262 63628 #4FA# 740 64860 #1DO# 277 63737 中5SO 784 64898 低2RE 294 63835 #5SO# 831 94934 #2RE# 311 63928 中6LA 880 64968 低3MI 330 64021 #6LA# 932 64994 低4FA 349 64103 中7SI 968 65030#4FA# 370 64185 低1DO 1046 65058低SO 392 64260 #1DO# 1109 65085#5SO# 415 64331 高2RE 1175 65110低6LA 440 64400 #2RE# 1245 65134#6LA# 466 64463 高3MI 1318 65157低7SI 494 64524 高4FA 1397 65178中1DO 523 64580 #4FA# 1490 65198#1DO# 554 64633 高5SO 1568 65217中2RE 587 64633 #5SO# 1661 65235#2RE# 622 64884 高6LA 1760 65252中3MI 659 64732 #6LA# 1865 65268中4FA 698 64820 高7SI 1967 65283采用查表程序进行查表时，可以为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音0－19之间，中音在20－39之间，高音在40－59之间。