200901020434管琴华毕业设计正文

基于单片机的电子琴设计

复位电路 时钟电路 电源电路 单 片 机 输出电路 输入电路 显示电路 图2-2 单片机电子琴方框图

其工作原理是：电源电路为整个电子琴系统提供+5V电压，工作于12MHz时钟频率，通过键盘输入信号，送入I/O口，选择功能模式。

如果是弹奏信号，则根据单片机内部程序设定的音谱信号，使用定时/计数器T0，工作于模式1，改变计数初值产生不同频率的脉冲信号，不同频率的脉冲经喇叭驱动放大电路后，就会发出不同音调，节拍由用户来控制掌握，不由程序控制，同时在输出每一个音阶的时候显示电路会依次显示方便识别；

如果是音乐播放模式，根据程序功能通过继电器驱动喇叭输出音乐信号，此时不需要显示。

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基于单片机的电子琴设计

第3章 硬件设计

硬件设计的任务是根据方框图设计芯片I/O分配、电源电路、时钟电路、复位电路、显示电路、按键输入电路、继电器驱动输出电路及它们的元器件分布，总的原理图详情见附件图纸A。

下面对其各个模块电路的具体情况进行详细的设计。

3.1 芯片I/O功能分配

芯片引脚和对应的输出功能见表3-1所示。

表3-1 引脚功能对照 引脚 Vcc 、Vss RST P0.0~P0.6 P1.0~P1.7 P2.6/P2.7 P3.7 功能 提供+5V电源、接地 系统复位 显示数码输出 键盘输入(4*4) 模式选择/退出 喇叭声音输出 3.2 电源电路的设计

任何一个电子应用系统都需要供电电路，也就是电源，单片机也不例外。一个优质的电源是单片机系统正常工作和稳定的根本条件。单片机的供电电源，它可以是开关电源、线性电源、电源转换芯片和USB电源等，无论哪一种电源设计都要严格考虑它的各项指标。

在软件仿真的时候，使用的是Protues内部的高低电平信号，由其自身提供电源信号，不必外接电源。

但是在实际的应用电路中，单片机系统的正常工作电压为3.8V ~5.5V，正常工作电流4mA~7mA，因此在设计电源部分的时候要考虑到电源电路输出电压和电流的值，一般采用最常见的是直流稳压电路，它是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，设计简单实用，具体设计如下。

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基于单片机的电子琴设计 电源变压器：采用降压变压器，将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，副边电压由7805的正常工作电压确定，其极限输入电压最大值36V，最小值3.4V，由变压器原边和副边的电压之比，来计算出变压器的匝数只比为1：0.04，副边输出电压值为31V，在其正常范围之内，满足要求。

整流桥：桥式整流是交流电转换成直流电的一个重要步骤。由于7805的输入电压是直流型，电压器降压后的电源是交流型的，需要利用整流桥将电网交流电变成直流的功能来实现。用四个二极管，两两对接，输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分，由于经过整流桥以后的是脉动直流，在接一个电解电容，便输出直流。

稳压芯片：固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，最小值4.8V，最大值5.0V，符合设计所需要的电压值。它属于78xx系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，虽然不可调，但是芯片的电路稳定性比较好。

滤波：虽然以上能够实现交流变直流的作用，但是输出的电流都是脉动直流，仍然含有很大的交流成分，存在一定的杂波或者尖峰毛刺，也就是所谓的纹波，为了得到平滑的直流电，必须滤除整流电压中的纹波。采用简单的电容滤波对整流桥输出值进行一次调整，这个电容和后面的C4功能一样，都是滤波作用。

电源原理图如图3-1所示。

图3-1 电源电路

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基于单片机的电子琴设计 3.3 时钟电路的设计

STC90C52RC芯片各功能部件的运行是以时钟控制信号为基准的，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路设计有内部时钟方式和外部时钟方式这里采用内部时钟方式，如图3-2所示。

单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，图中Y1、C5、C6。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。

图3-2 内部时钟电路原理图

晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，这里采用11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。起振电容C5、C6一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。

3.4 复位电路的设计

单片机的复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑，内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位，所以可以通过按键的断开和闭合，在运行的系统中控制其复位有一定的必要性。

常采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期

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