基于单片机的电子琴设计

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1、电子琴设计摘要：本设计是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器、LED显示器等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有8个按键，其中7个按键控制7个音符，而1个作为功能转换键使用，具有手动随意弹奏和自动播放乐曲的功能。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。关键词：AT89C52单片机LED显示器扬声器1×8矩阵键盘7个音符自动播放乐曲1引言电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。目前市场上各种品牌、型号的电子琴有上百种，

2、由几十块的玩具电子琴到几百，几千的学习、演奏用琴真是琳琅满目，电子琴能够模仿各种音色和具有自动伴奏功能，这些是电子琴最基本的特征。档次的高低无非是音色模仿的是否逼真，自动伴奏设计的是否丰富，或者增加了其他制作，编曲功能的。本设计主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴系统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的7个音符，最终可随意弹奏想要表达的音乐。并且本设计分别从原理图，主要芯片，各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。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

3、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弄正确即可。2总体设计方案2.1设计思路2.1.1从系统实现的功能上来看，电子琴的设计主要分为手动弹奏乐曲和自动播放音乐两大部分组成。手动弹奏乐曲是根据具体的硬件键盘设置了7个音符按键和1个功能转换键，自动播放音乐是在单片机的存储器中通过软件编程的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现。2.1.2从系统硬件结构上来看，主要使用到52系列单片机、矩阵1×8键输入电路、LED数码管显示电路、扬声器以及电

4、源电路等等。将这些硬件电路有机地结合起来使之满足电子琴设计的基本硬件要求。2.1.3从系统软件设计角度来看，将电子琴的设计采用程序模块化设计方法，将程序分为主程序、键盘扫描程序模块、数码显示模块、转换控制模块、音乐产生模块等等。此外，采用程序设计思想，将中断定时方式与外部按键查询方式相结合，实现手动弹奏乐曲到自动播放音乐的切换。2.1.4从音乐产生原理方面来看，通过控制单片机的定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动扬声器发出不同音乐的声音。用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍。把音乐的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存

5、放在程序存储器中，由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出音频脉冲的持续时间。因此，我们可以综合上述的不同角度的方案设计原理，主要从软件和硬件两部分进行有计划有步骤的系统分析与设计，最终确立总体的设计方案。方案确立1、手动弹奏乐曲和自动播放音乐用非编码的矩阵键盘来实现，其中包括数字键和功能键，功能键主要是将手动弹奏模块转换到自动播放乐曲模块。手动弹奏乐曲中7个键分别设置不同的7个音符，然后通过功能键可实现手动弹奏乐曲到播放乐曲之间的切换。2、一位LED数码管显示当前工作状态，将按下的键值送入显示，并一一对应各个音符。采用动态扫

6、描输出。3、软件的设计主要包括矩形键盘键值的读取、LED动态扫描输出程序、手动弹奏乐曲程序和音乐自动播放程序。4、此次程序设计主要分为两大块:手动弹奏乐曲程序和自动播放程序。两者之间用功能转换程序对其进行结合，并实现各种不同功能的控制。2.2设计方框图基于单片机系统的电子琴的基本结构如图（1）所示图(1)3设计原理分析3.1演奏音乐原理通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍。把乐谱的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中，由程序到定时常

7、数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间。单片机晶振频率为12MHZ时，乐曲中的音符、频率及定时常数之间的对应关系可制成表格。本次设计中，定时常数是有16定时器T0根据不同的音符，装入不同的初值实现延时的，而延时常数是在自动播放音乐部分使用，控制不同音符的节拍，其延时常数是通过16位定时器T1实现的。根据设计要求给出的各音符频率，我们只需要的各音符频率与计数值T的关系如表(1)所示表（1）：C调各音符频率与计数值T的关系音符频率（Hz）半周期（ms）简谱码T值定时值（H）简谱码T值定时值（D）1Do2621.90F894H62

8、6282Re2941.70F95CH638353Mi