基于单片机的简易电子琴设计_毕业设计

2 系统总体方案及硬件设计

本系统采用单片机AT89C52为电子琴的控制核心，系统主要包括播放模块、安键控制模块。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。总电路图见附页二。

2. 1系统总体方案

2.1.1定时/计数器的设计和状态字定义：

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的内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，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。

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） 简谱码（T值）

音符

频率（HZ） 简谱码（T值）

低1 DO 262 63628 # 4 FA# 740 64860

#1 DO# 277 63731 中 5 SO 784 64898

低2 RE 294 63835 # 5 SO# 831 64934

#2 RE# 311 63928 中 6 LA 880 64968

低 3 M 330 64021 # 6 932 64994

低 4 FA 349 64103 中 7 SI 988 65030

# 4 FA# 370 64185 高 1 DO 1046 65058

低 5 SO 392 64260 # 1 DO# 1109 65085

# 5 SO# 415 64331 高 2 RE 1175 65110

低 6 LA 440 64400 # 2 RE# 1245 65134

# 6 466 64463 高 3 M 1318 65157

低 7 SI 494 64524 高 4 FA 1397 65178

中 1 DO 523 64580 # 4 FA# 1480 65198

# 1 DO# 554 64633 高 5 SO 1568 65217

中 2 RE 587 64684 # 5 SO# 1661 65235

# 2 RE# 622 64732 高 6 LA 1760 65252

中 3 M 659 64777 # 6 1865 65268

中 4 FA 698 64820 高 7 SI 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

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。

2. 1. 2音调数据表

单片机发出不同频率的方波，人听起来，就是不同的音调。

上表中的频率数值，有些过多，去掉不常用的黑键频率，只是把白键对应的数据存放在单片机中，即可满足绝大部分的应用需求。 定义音调数据表的程序如下：

DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 ;64580,低音区:1 2 3 4 5 6 7 DW 64580,64671,64777,64820,64898,64968,65030 65058中音区:1 2 3 4 5 6 7 DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 65312高音区:1 2 3 4 5 6 7 把这个数据表，放在程序中，需要播音的时候，就从表中取出一个数据送到定时器，当定时器溢出中断的时候，再对输出引脚取反，那么，在扬声器中，即可听到上表中频率的声音。

音乐的音拍，一个节拍为单位（C调） 曲调值 调4/4 调3/4 调2/4

2. 2总体硬件组成框图

DELAY 125ms 187ms 250ms

曲调值 调4/4 调3/4 调2/4

DELAY 62ms 94ms 125ms

播放模块 喇叭 中心控制模块 AT89C52 按键控制模块 按 键 状 态 图2-1 总体硬件组成框图

实验中每按下一个琴键，单片机能够检测到键盘的按键，并根据按键的位置，通过程序来控制，使喇叭发出不同频率（音调）的声音，声音延迟一段时间，等到按键放开之后，声音停止。然后再继续扫描,看是否有键按下。如此循环，即可实现基本的琴键功能。 2. 2. 1 子系统模块一

LED显示模块如图2-2所示，利用AT89S51单片机的P0端口的P0.0－P0.7连接到一个七段数码管的a－h的笔段上，数码管的公共端接电源。

矩阵扫描显示当前按键模块如下：

2. 2. 2 子系统模块二

播放模块是喇叭构成。它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。