电子琴课程设计.doc

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第1章设计的要求及目的 3
设计要求 3
设计目的 3
第2章系统总体方案选择与说明 4
系统方案综述 4
系统设计思路 4
第3章系统方框图与工作原理 5
系统硬件电路设计框图 5
工作原理 5
第4章各单元硬件设计说明 7
第5章器件说明 9
第6章系统软件设计 9
主程序设计 9
手动弹奏子程序 9
自动播放子程序 9
第7章调试步骤、结果、使用说明 10
调试步骤 10
系统运行 10
第8章设计总结 10
第9章参考文献 11
附录A: 仿真电路图 12
附录B: 程序清单 12
附录C: 硬件实物图 18
第1章课题设计的要求及目的

本课题要求以单片机为核心设计一个电子琴,具有自动播放乐曲和弹奏乐曲的功能。
乐曲的自动播放是用中断实现的,弹奏则是用16个按键开关来分别控制产生低音“3、4、5、6、7”、中音“1、2、3、4、5、6、7”和高音“1、2、3、4”。利用单片机端口I/O口线形成4×4矩阵式键盘完成上述按键的分配。

(1)能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识,独立对其进行测试与检查。
(2)熟悉51单片机的内部结构和功能,合理使用其内部寄存器,能够完成相关软件编程设计工作。
(3)为实现预期功能,能够对系统进行快速的调试,并能够对出现的功能故障进行分析,及时修改相关软硬件。
(4)对软件编程、排错调试、相关软件的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
(5)理解音乐产生的原理、键盘扫描方法以及单片机内部定时器的溢出中断编程方法。
(6)本次课程设计从硬件和软件两个方面入手,全面具体地掌握设计思路、方法和过程,使理论与实际相结合,充分地锻炼了动手能力和思维扩展能力。
第2章系统总体方案选择与说明

从系统实现的功能上来看,简易电子琴的课程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功能键实现低音、中音和高音,自动播放音乐则是通过中断的方法来实现。
从系统硬件结构上来看,我们主要使用到51系列单片机、矩阵16键输入电路、蜂鸣器以及晶振复位电路等等。将这些硬件电路有机地结合起来使之满足简易电子琴的实现硬件需要。
从系统软件设计角度来看,将简易电子琴的课程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、中断发音程序模块等等。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,实现手动弹奏乐曲和自动播放音乐两部分的切换和启动。
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,经放大后驱动蜂鸣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,作为数据表格存放在存储器中,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该音频脉冲的持续时间。
因此,我们可以综合上述的方案设计原理,从软件和硬件两部分进行有计划有步骤的系统分析和设计。

1、手动弹奏乐曲和自动播放音乐用非编码的矩形键盘来实现。手动弹奏乐曲中矩阵键盘的16个键分别设置不同的音符,同时用一个键作为中断控制程序的控制键,通过其可实现手动弹奏乐曲与播放音乐之间的切换。
2、软件的设计主要包括矩形键盘扫描、音乐播放程序和手动弹奏程序。
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,并实现各功能的控制。
第3章系统方框图与工作原理
系统硬件电路设计框图
基于单片机系统的电子琴的基本结构如下图所示
5 1 单片机
4×4键盘
时钟电路
复位电路
中断播放电路
蜂鸣器

工作原理
用单片机播放音乐,或者弹奏电子琴,实际上是按照特定的频率,输出一连串的方波。为了输出合适的方波,首先应该知道音符与频率的关系。

从常见的电子琴的键盘谈起。
在下表中,可以看到一列黑白相间的琴键(示意)。主要分成低音、中音和高音三个区域,每个区域都有12个琴键。其中的白键,简谱音符标为1、2、3、4、5、6、7,大家一般都读成哆、来、咪、发、嗦、拉、西。

注意看一下几个6(拉)的频率,它们是整数,容易看出规律――是成2倍的关系。其它的音符,也有同样的规律。这些频率,如220、440等,它们在琴键上的位置是世界统一的,无论是钢琴、手风琴,还是电子琴,都是一样的。
包括黑键和白键在内的全部音符的