基于单片机的MIDI电子琴的设计

题目基于单片机的音乐电子琴设计摘要电子琴的出现可以追溯到几百年前，在这个几百年的过程中，它已经从庙堂之高飞入寻常百姓家，成为再普通不过的商品了。

作为最受大众喜爱的微型电子琴，功能齐全人性化，价格也是非常令人满意，喜爱最深的当属初学者。

嵌入式电子技术的大步迈进也间接带动了微型电子琴技术的向前发展，单片机、PLC还有FGPA各有各自的长处。

一般说来，好的产品优势之处总是不谋而合，音色效果极佳；技术成熟，系统不会紊乱；价格低；接口齐全等都是优势之处。

本次设计以STC89C52单片机为核心，除了单片机以外，系统还有三个模块：分别为键盘扫描模块，扬声器模块，和液晶显示模块。

本设计综合运用了硬件和软件，在这些基础上设计了一款简易的音乐电子琴，可以通过该设计实现对音乐的演奏。

关键词：音乐电子琴；单片机；演奏ABSTRACTFrom the invention of the electric piano several hundred years ago to now, it has entered millions of households and become a popular commodity. Especially the miniature electronic keyboard, although it is cheap, but it is powerful, it is deeply loved by customers, especially those who just started to learn piano. With the development of embedded electronic technology, the development of the miniature electronic keyboard has become more and more mature, and the use of single-chip microcomputers, PLCs, and FGPA have their merits. But overall, the outstanding products are similar, the first to produce high-quality sound effects, the second is mature technology, the system is stable, the third is low cost, and the fourth is good scalability.This design takes the STC89C52 MCU as the core. Besides the MCU, the system has three modules: the keyboard scanning module, the speaker module, and the liquid crystal display module. The design uses a combination of hardware and software. Based on these designs, a simple music keyboard is designed to enable music to be played through the design.Key words: Music Electronic organ; Single-chip computer; Play目录第一章绪论 (1)1.1研究现状 (1)1.2课题研究的目的和意义 (2)1.3国内外概况 (2)第二章硬件部分 (4)2.1 STC89C52单片机概述 (4)2.1.1晶振电路 (9)2.1.2复位电路 (7)2.2按键部分电路概述 (7)2.3 音阶设计原理 (9)2.4 Nokia5110显示简介 (12)2.5 miniplay音乐模块概述 (12)2.5.1主要功能及参数 (13)2.5.2实际应用 (13)第三章软件部分 (17)第四章硬件调试部分 (20)4.1常见的硬件故障 (20)4.2硬件调试方法 (20)结束语 (24)致谢 (25)附录A (27)附录B (28)第一章绪论1.1研究现状如今电子信息技术越来越发达，嵌入式技术也随之越来越好，并且在很多领域内都得到了运用。

绪论基于单片机的微型电子琴研究与设计1 绪论1.1 研究背景电子琴是现代电子科学技术发展中产物。

电子琴属于键盘乐器的一种，电子琴又被称之为“电子风琴”，是世界上电子乐器之一。

世界上的第一架电子琴是由美国的发明家卡希尔在1904年时制造出来，重达将近200吨之多。

但随着电子技术的飞速的发展，电子琴也在不断地更新换代，也在不断进步。

特别的情况是，随着科学技术的不断发展，电子琴的飞速发展超出了人们的想象，以数字技术为代表，大规模的集成电路出现改变了现状。

不仅不同种类乐器的音色能够模仿，就连许多未曾听过的声音也能表达出来。

美国、德国电子琴制造商进行各种各样的试验，最重要和最知名的电子琴是哈蒙德风琴、有两层手键盘和一套脚键盘，它在某种程度上可模仿小提琴、长笛、双簧管、打击乐器等不同乐器。

在20世纪60年代之初，电子琴制造商改进了造琴工艺水平，先后用晶体管和集成电路代替电子管，使得电子琴日趋小型化。

家用电子琴具有了自动打击乐节奏、自动配置和声及分解和弦伴奏以及人工音响等不同功能。

到了20世纪70年代中期，大规的模集成电路出现和电子计算机的广泛使用，使电子琴变得更小型化和多功能化。

此时电子琴的工作原理变为:采用固体电路，依靠电子振荡器发声，将电子音源产生的波型经频谱合成及滤波电路形成多种不同音色[6]，再经音型电路(包括产生器)形成吹、拉、弹的演奏效果。

电子琴形制不统一，有一排键盘、两排键盘、三排键盘等几种样式，其声音组合、音彩变化有不少差异。

队中经常用两排键盘电子琴。

电子琴使用钢琴谱，声音优美、宏亮演奏技巧灵活，音域宽广，力度变化幅度较大，可演奏乐队各个声部。

当然，微型电子琴表现出来的片面性也是非常清楚的，它的和声及旋律太协和、简便、音量的变化太少，在仿效不同类型弦、管乐器的时候;音色的失真比较严重。

仿效提琴的时候音色逼真程度不够，所以不能替代其它乐器。

随着科技的日新月异的变化，电子琴也变得越发与众不同。

它有着其他乐器不可取代的地方。

设计报告课程：微机接口技术与数字控制设计名称：基于单片机的电子琴设计小组成员：学号：专业：机械电子工程日期：指导老师：成绩：1 设计任务以生活中的电子琴为设计对象，实现音乐的按键控制功用。

尽量能弹奏出和谐而优美的旋律。

2 设计目的通过单片机电子琴的设计，更深层次的了解单片机技术。

熟悉单片机的控制功用和系统原理应用。

对系统设计与实用编程有进一步强化。

体验音乐的原理与魅力。

3 设计要求设计采用C语言编程控制，巧妙的运用单片机的定时器与中断功能，实现音乐的音频、节拍的实时控制。

具体要求如下：1)构造出微单片机的最小控制系统，能实现基本框架运作；2)学习音乐音符的发音原理与节拍原理，了解音乐的神奇效果，熟悉常用歌曲的歌谱，并为下面的相关实践打好理论基础；3)采用键盘设计理念，建立键符——音符的对应关系，巧妙运用音乐的频率特性，实现按键既得特定音符的功用；4)并增加按钮控制系统运作，数码管实现实时音符（按键）符显示的功能，使按键弹奏的效果更加人性化与和谐完美。

4 设计方案与技术分析4.1 某微机控制系统简介控制系统的整体设计框架，如图1所示。

图1 电子琴设计框架图设计中涉及被控对象模块和人机交互模块的电路设计，以及软件编程部分。

这将在后面的论述中逐一介绍。

本控制系统的整体设计图，如图2所示。

图2 控制系统整体设计硬件图上图为整体的电路设计，并利用PROTEUS进行了模拟仿真。

实现了预期效果。

设计中，选用两种工作模式：试音与弹奏。

通过两个按钮控制选取，并有相应的指示灯指示工作状态。

试音用于测试系统的可行性，选取童年歌曲“两只老虎”中的几句作为检测乐谱；弹奏模式下，通过4×4矩阵式键盘，完成美妙音乐的弹奏。

操作者可以按相应的键，弹奏出特定的音乐，实现作曲与奏乐的完美体验。

并且本设计中还添加了数码显示功能，用于显示实时的显示按下的键码，同时也与音符有内在的对应关系。

下面主要介绍，为何单片机可以实现美妙音乐的实时再现。

基于单片机的电子琴设计目录1 概述 (3)1.1 引言 (3)1.2 设计思路 (4)1.3 方案论证 (4)2 系统总体方案及硬件设计 (4)2.1 系统组成及总体框图 (4)2.2 元件介绍 (5)2.2.1 AT89S52 (5)2.2.2 三极管 (5)2.2.3 LED数码管 (6)2.3 按键选择方案 (6)2.4各功能模块原理图 (6)2.4.1 AT89S52模块电路原理图 (6)2.4.2 键盘扫描模块电路原理图 (7)2.4.3 数码管显示模块电路原理图 (7)2.4.4 音频处理模块电路原理图 (7)3 软件设计 (8)3.1 音乐相关知识 (8)3.2 如何用单片机实现音乐的节拍 (8)3.3 如何用单片机产生音频脉冲 (8)3.4 系统总体功能流程图 (10)4 Proteus软件仿真 (11)4.1 ISIS软件介绍 (11)4.2 仿真图介绍 (11)5 系统调试 (12)5.1 硬件调试 (12)5.2 软件调试 (12)6课程设计体会 (12)参考文献 (12)附1：源程序代码 (22)附2：系统原理图 (23)概述1.1 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，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。

基于单片机的音乐电子琴设计I. IntroductionA. Background information on electronic keyboards and musical instruments.B. The purpose of this research paper.C. The impact of the electronic keyboard on music-making. II. Literature ReviewA. History of electronic keyboards and how they have evolved over time.B. Components of electronic keyboards, including amplifiers, speakers, and MIDI capabilities.C. Comparison between electronic keyboards andtraditional acoustic pianos.III. MethodologyA. Selection of microcontroller and other components for the electronic keyboard.B. Design process for creating the PCB layout and schematic for the instrument.C. Programming of the microcontroller to interface with the keyboard switches and produce sounds.IV. ResultsA. Testing of individual components and the entire electronic keyboard.B. Comparison of the sound quality and versatility of the electronic keyboard with traditional pianos and other electronic keyboards.C. Discussion of the potential uses for this electronickeyboard in music production and education.V. ConclusionA. Summary of research findings and implications for the future of music-making.B. Limitations and opportunities for further research in the field of electronic keyboards and other digital music instruments.IntroductionOver the years, technological advancements have greatly influenced the world of music-making. One major innovation in music technology is the electronic keyboard - a modern-day musical instrument that has transformed the way music is made and enjoyed. This research paper focuses on the design of a keyboard-based electronic music instrument that uses a microcontroller to produce a range of sounds, including piano, guitar, drums, and others. The purpose of this research is to explore the capabilities of the microcontroller and demonstrate how it can be used in an electronic keyboard to create a versatile and functional instrument that isaccessible to musicians at all levels of expertise.Literature ReviewElectronic keyboards have come a long way since their inception in the 1960s. Initially, they were designed to replicate the sound of traditional pianos and other keyboard instruments. However, over time, advances in technology have made electronic keyboards significantly more versatile and functional than their predecessors. Components such as amplifiers, speakers, and MIDI capabilities have all been incorporated into the design of electronic keyboards. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) allows electronic instruments to communicate with each other and with computersto create and edit music.Electronic keyboards have many benefits over traditional pianos. They are often much lighter and more compact, making them easier to transport and store. Additionally, electronic keyboards offer a range of sounds and effects that are not possible with acoustic pianos. With the ability to change sound settings and add special effects, electronic keyboards provide the opportunity for musicians to experiment with different genres of music and express themselves in new ways.MethodologyTo design an electronic keyboard, microcontrollers are used to interface with the keys, switches, and other components of a keyboard. In this research, the ATmega328P microcontroller was selected due to its low cost and versatility. The circuit was designed using the Eagle PCB design tool, which allowed for precise placement of components on the board. The schematic was drawn in tandem with the PCB, which allowed for easier programming andtesting of the device.Next, the microcontroller was programmed tointerface with the keyboard switches and produce sounds. The programming languages used were C and C++, which provided an approachable language for programmers of all levels of experience. The programming aspect is crucial, as it allows for changes to be made quickly and easily to the device's sound settings.ResultsThe electronic keyboard was tested to ensurefunctionality of individual components and the instrument in its entirety. Overall, the electronic keyboard demonstrated ahigh level of versatility and sound quality. The extensive range of sounds that the keyboard could produce was unmatched by traditional pianos, making it an excellent device for music creation and experimentation. Due to its low cost and relatively simple components, the instrument is ideal for amateur musicians and educators.ConclusionElectronic keyboards have revolutionized the world of music-making. With its versatility and accessibility, the electronic keyboard has opened up new opportunities for musicians at all levels of expertise. The incorporation of microcontrollers into electronic keyboards has furthered this trend, by making devices that produce a broad range of sounds possible and affordable. This research demonstrates the potential applications of microcontroller-based electronic keyboards and presents future opportunities for research in the field of digital music devices. By exploring this technology, users can unlock new avenues for music-making and expression.。

基于单片机的电子琴设计一、引言二、总体设计方案（一）设计目标设计一款基于单片机的电子琴，能够实现基本的音符演奏、音色切换、节奏控制等功能，并且具有良好的音质和稳定性。

（二）系统组成本电子琴系统主要由单片机控制模块、键盘输入模块、音频输出模块、显示模块和电源模块等部分组成。

1、单片机控制模块选用 STM32 系列单片机作为控制核心，负责处理键盘输入信号、生成音频信号、控制显示等功能。

2、键盘输入模块采用矩阵键盘，通过扫描键盘获取用户的按键操作，将其转换为对应的音符编码发送给单片机。

3、音频输出模块使用DAC 芯片将单片机生成的数字音频信号转换为模拟音频信号，再通过放大器和扬声器输出声音。

4、显示模块采用液晶显示屏，用于显示当前的演奏状态、音色选择、节奏模式等信息。

5、电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，可采用电池供电或外接电源适配器。

三、硬件设计（一）单片机最小系统STM32 单片机的最小系统包括时钟电路、复位电路和电源电路。

时钟电路为单片机提供工作时钟，复位电路用于系统初始化，电源电路为单片机提供稳定的电源。

（二）键盘电路矩阵键盘由行线和列线组成，通过逐行扫描的方式检测按键状态。

将键盘的行线和列线分别连接到单片机的 GPIO 引脚，通过编程实现键盘扫描和按键识别。

（三）音频输出电路选用高性能的 DAC 芯片，如 PCM1794，将单片机输出的数字音频信号转换为模拟音频信号。

为了提高音频输出的质量，还需要添加放大器和滤波电路，以增强信号的功率和去除噪声。

（四）显示电路液晶显示屏通过 SPI 接口或 I2C 接口与单片机连接，单片机通过发送指令和数据来控制显示屏的显示内容。

（五）电源电路根据系统的工作电压和电流需求，选择合适的电源芯片，如LM7805 等，将输入电源转换为所需的电压，并通过滤波电容等元件提高电源的稳定性。

四、软件设计（一）主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机初始化、键盘初始化、音频输出初始化、显示初始化等。

课程设计报告---基于单片机的电子琴设计河南理工大学《单片机应用与仿真训练》设计报告基于单片机的电子琴设计姓名：郭鹏超王芳学号：310808010609 310808010602专业班级：电气08-6班指导老师：王莉所在学院：电气工程与自动化学院2012年5月19 日摘要当代，爱好音乐的人越来越多，有不少人自己练习弹奏乐器作为业余爱好和一种放松的手段，鉴于一些乐器学习难度大需要太多的学习时间，且其价格又太过于高昂，使得一部分有这种想法的人不得不放弃这种想法。

而一些简易的电子乐器价格相对便宜，学习上手快，一般人容易负担的起，能够满足一般爱好者的需求，故简易电子琴的研制具有一定的社会意义。

本次课程设计主要研究基于AT89S52单片机的简易电子琴设计。

整个系统主要包括以下几个部分组成：（1）单片机的最小系统：最小应用系统设计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）矩阵键盘：当按键数目较多时，为了节省I/O口线，通常采用矩阵式键盘接口电路。

本设计采用5*8矩阵键盘（共40个按键，其中36个按键用来显示高中低音的1、1#、2、2#、3、4、4#、5、5#、6、6#、7的36个音调，其它4个按键可以随意的播放已存歌曲）。

（3）产生外部中断的系统：它由两个四输入与非门74LS20和一个两输入或非门74LS02组成，把矩阵的五行与与非门74LS20和或非门74LS02相接后接在了单片机的P3.2口，下降沿触发产生中断INT0。

（4）发音电路：此电子琴发音电路是由或非门来驱动扬声器发音的，控制单片机的P2.7口产生不同频率使扬声器发出不同的音调。

本文主要对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的硬件组成。

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，最终可以随意弹奏想要表达的音乐，还设计了一按键用来自动播放一首曲子。

基于单片机的电子琴设计电子琴是一种常见的乐器，通过电子元件和技术实现各种声音效果和音调的变化。

基于单片机的电子琴设计，使用单片机作为核心控制芯片，可以实现各种音色的生成、乐曲演奏和音调调整等功能。

一、基本原理1.音源生成：通过单片机的计算和控制，生成各种音色的数字波形信号。

可以使用PWM波形发生器，通过控制占空比实现不同音调的发声。

2.按键输入：通过按键进行音符的选择和演奏，按键可以通过矩阵键盘或编码器等方式实现，通过单片机的GPIO口读取按键输入信号。

3.音量控制：通过调节音量电阻或数字控制器，调整输出音量大小。

4.音色调整：通过改变生成波形的参数和算法，实现不同音色效果的切换和调整。

二、硬件设计1.单片机：选择合适的单片机，如STC89C52或ATmega328P等，作为控制核心。

2.键盘：选择合适的键盘结构和按键数量，如矩阵键盘或编码器。

3.音源：可以选择合适的音源模块或芯片，如AD9833，用于生成各种音色的波形信号。

4.音量控制：将数字音频信号通过运放进行放大，通过音量电位器或数字控制器调节输出音量大小。

5.音箱：选择合适的音箱，用于放大和放出音频信号。

三、软件设计1.按键扫描：通过单片机的GPIO口读取按键输入信号，实现按键的扫描和检测。

2.音符和音调处理：将按键输入映射为相应的音符号，通过生成不同的波形并控制频率实现不同音调的发声。

3.音量控制：通过改变音源模块的输出幅度或控制运放的增益，实现音量的调节。

4.音色调整：通过改变生成音色的参数和算法，实现不同音色效果的切换和调整。

5.乐曲演奏：通过编写相应的乐曲和音符的编码和播放算法，实现各种乐曲的演奏功能。

6.界面显示：可以通过液晶显示屏或LED显示器，实现界面的显示和操作。

四、功能扩展1.录音和播放：在单片机上添加存储模块（如SD卡或FLASH芯片），实现录音和播放功能，可以录制和回放演奏的音乐。

2.MIDI接口：添加MIDI接口，通过MIDI合成音源模块，实现与其他乐器和设备的互联。

基于51单片机电子琴设计课程设计
“基于51单片机电子琴设计课程设计”是一门介绍如何使用51单片机设计电子琴的课程。

本课程主要以51单片机为核心，以硬件电路、基础电路、信号处理程序及计算机软件为基础，介绍如何设计和控制电子琴原理，包括电子琴合成器、音源和操控器等技术知识。

课程通过理论讲解、硬件示范和软件实践的方式，引导学生搭建51单片机电子琴，并运用51专有语言和C语言，将单片机程序下载到电子琴中，实现声音的发出以及控制功能。

同时，学生还能学习电子琴软件仿真技术，理解电子琴的构造及琴键按钮的控制原理，掌握电子琴的基本程序，掌握电子琴的发声装置的设计等。

本课程旨在让学生掌握单片机电子琴的原理，熟悉信号处理程序和计算机存储系统，掌握原理及应用实践。

学生可以通过实践学习基础电路结构，了解单片机操作原理和程序编写应用，也可以运用所学知识及联系实际应用，完成不同功能需求的电子琴设计、系统设计及控制。

从而为建立有趣、实用的小型电子产品奠定基础。

经过本课程的学习，学生可以比较熟练的设计出基于51单片机的电子琴系统，实现基本的功能及控制，熟悉电子琴原理及程序设计，熟悉电子琴系统分析及调试。

另外，还可以运用计算机软件如Keil C51等，完成更复杂的电子琴程序设计，使学生掌握先进的电子琴设计技术，学会分析并解决实际的电子琴控制问题，进一步提升学生的学习能力和职业发展能力。

基于51单片机的电子琴设计课程设计单片机原理》课程设计前言本课程设计旨在通过基于51单片机的电子琴设计，加深学生对单片机原理的理解和应用。

在本设计中，我们将介绍电子琴的设计要求、所用设备及软件以及总体设计方案。

随后，我们将详细介绍系统硬件设计中琴键控制电路、音频功放电路、时钟-复位电路和LED显示电路的设计。

第1章基于51单片机的电子琴设计1.1 电子琴的设计要求在电子琴的设计中，我们需要考虑琴键数量、音频输出质量、电源电压和外部接口等因素。

在本设计中，我们将采用25个琴键，保证音频输出质量和电源电压稳定，并提供外部接口以便于扩展和调试。

1.2 电子琴设计所用设备及软件在本设计中，我们将使用51单片机、琴键、音频功放、时钟、LED显示器等设备，并使用Keil C51编译器进行软件开发。

1.3 总体设计方案在总体设计方案中，我们将采用按键扫描方式实现琴键控制，使用PWM技术实现音频输出，使用外部晶振提供时钟信号，并使用LED显示器显示琴键状态。

第2章系统硬件设计2.1 琴键控制电路在琴键控制电路中，我们将采用矩阵按键扫描方式，通过51单片机的IO口进行扫描和检测。

同时，我们还将使用电容式触摸开关来实现琴键的触发。

2.2 音频功放电路在音频功放电路中，我们将采用TDA7297芯片作为功放，通过PWM技术实现音频输出，并通过滤波电路滤除杂音和谐波。

2.3 时钟-复位电路在时钟-复位电路中，我们将采用12MHz晶振作为时钟源，并使用复位电路确保系统在上电时能够正确运行。

2.4 LED显示电路在LED显示电路中，我们将采用MAX7219芯片实现LED点阵显示，并通过SPI接口与51单片机进行通信。

同时，我们还将使用CD4511芯片实现数码管显示琴键状态。

通过本课程设计，我们可以深入理解单片机原理的应用，掌握电子琴的设计和制作技术，提高自身的实践能力和创新能力。

2.5 整体电路本章将介绍电子琴的整体电路设计。

基于单片机的简易电子琴设计摘要随着科学技术的不断发展，单片机的应用日益成熟。

单片机集成度高、处理功能强大、价格低廉使其在各个领域得到广泛应用。

同时电子琴作科学技术与音乐共同发展的产物，在这个电子信息化的时代，为音乐的大众化做出了不可代替的贡献。

本文主要介绍一种基于51单片机的简易电子琴设计方案。

它采用了STC公司出品的一款低功耗、高性能单片机STC89C52芯片作为主控单元，与4*4矩阵键盘、复位电路、LED双位数码显示器、扬声器等组成主控核心模块。

文章详细论述了电子琴硬件设计和软件结构设计流程，采用了Altium Designer 09画出原理图、PCB图，通过Keil编程软件对电子琴进行软件编程，然后进行软硬件的调试运行并将程序烧录到STC89C52芯片中。

此系统运行比较稳定，具有硬件设计电路简单、清晰，成本低，软件功能完善，控制系统牢靠，性价比高等优点，具有一定的实用和参考价值。

关键词：STC89C52；电子琴；矩阵键盘AbstractAlong with the development of science and technology, the application of SCM increasingly mature. Single chip microcomputer high level of integration, processing powerful, low prices make it is widely used in various fields. At the same time the keyboards for science and technology and music common development of the product, in the electronic information era, for music's popular do can't replace contribution.This paper mainly introduces a kind of simple keyboard based on 51 SCM design scheme. It USES the STC product of our company a low power consumption, high performance microprocessor STC89C52 chips as the master unit, and 4 * 4 matrix keyboard and reset circuit, LED digital display, a double master core module and other components of the speaker. This paper discusses the design of hardware and software structure keyboard design process, the use of a Altium Designer 09 draw a diagram, PCB figure, through the Keil software keyboard to software programming, then the software and hardware debugging run and will burn to STC89C52 chip program. Operation of the system is stable and has the hardware circuit design simple, clear, and the cost is low, the software perfect function, control system firm, price higher advantages, has certain practical and reference value.Key words : stc89c52; keyboard; matrix keyboard目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 设计的目的和意义 (1)1.2 设计的主要内容 (1)2 系统概述 (2)2.1 系统工作原理 (2)2.2 系统结构组成 (2)2.2.1 电源电路 (2)2.2.2 控制部分 (3)2.2.3 显示部分 (3)2.2.4 发声部分 (3)2.3 主要芯片及元件的介绍 (3)2.3.1 STC89C52单片机简介 (3)2.3.2 芯片引脚介绍 (4)2.3.3 STC89C52时钟介绍 (6)2.3.4 双位LED数码显示器简介 (7)3 硬件电路的设计 (9)3.1 电源电路的设计 (9)3.2 复位电路的设计 (10)3.2.1 复位操作 (10)3.2.2 复位信号及其产生 (11)3.3 键盘控制电路 (12)3.3.1 矩阵式键盘的概述 (12)3.3.2 矩阵式键盘按键识别原理及方法 (12)3.4 显示电路 (13)4 系统软件设计 (14)4.1 如何利用单片机实现音乐节拍 (14)4.2 如何用单片机产生音频脉冲 (15)4.2.1 音符和频率的关系 (15)4.2.2 定义初值 (16)4.3 音乐发生程序流程图 (17)结论 (18)参考文献 (19)附录一电子琴源程序 (20)附录二原理图 (24)附录三 PCB图 (25)附录四实物图 (26)致谢 (27)1 绪论1.1 设计的目的和意义单片机又称单片微型计算机，英文字母的缩写MCU。

基于51单片机的电子琴设计随着科技的不断发展，单片机技术已经成为了现代电子设备中的重要组成部分。

51单片机作为一种广泛应用的单片机系列，具有高性能、低功耗、高集成度等特点，被广泛应用于各种嵌入式系统开发中。

本文将介绍一种基于51单片机的电子琴设计。

一、系统硬件设计1、单片机选择本设计选用AT89C51单片机作为主控制器，AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，具有4K字节的可编程存储器和128字节的RAM，同时具有丰富的外设接口，如UART、SPI、I2C等。

2、电子琴设计电子琴采用8×8 LED点阵作为输出设备，通过单片机控制点阵的亮灭状态来展示音乐波形。

具体实现方式是将音频信号通过一个运放放大器放大，然后将其输入到LED点阵中，通过控制点阵的亮灭状态来展示音乐的波形。

3、存储模块设计为了实现电子琴曲目的存储和播放，本设计选用了一块AT24C02 EEPROM芯片作为存储设备。

AT24C02是一种串行E2PROM存储器，容量为256字节，可以通过I2C总线与单片机进行通信。

将曲目信息存储在AT24C02中，可以实现曲目的存储和播放功能。

4、按键模块设计本设计采用4×4矩阵键盘作为输入设备，通过扫描按键状态来实现音符的选择和节奏控制。

矩阵键盘的行线连接到单片机的P1口，列线连接到P2口，通过检测行列组合的变化来确定按下的键位。

二、系统软件设计1、音符解码本设计采用MIDI音符编码方式来存储和播放曲目信息。

在解码过程中，根据音符的频率和持续时间计算出对应的音高和节奏信息，然后将其用于驱动电子琴的输出设备展示音乐的波形。

2、演奏控制为了实现节奏控制，本设计采用了一种基于时间间隔的演奏方式。

在演奏过程中，单片机根据设定的节奏间隔时间来触发音符输出，从而实现对节奏的控制。

同时，为了实现曲目的停止和播放功能，我们需要在软件中加入相应的控制逻辑。

3、存储和播放在软件设计中，我们需要实现将曲目信息存储到AT24C02中以及从AT24C02中读取曲目信息的功能。

基于单片机的电子琴设计资料电子琴是一种电子乐器，通过电子回路和单片机控制，可以模拟出多种乐器的声音。

下面是一个基于单片机的电子琴设计资料，包括硬件设计和软件编程。

硬件设计：1.材料准备：选择一个适当大小的键盘，通常有8个到16个键位，每个键位可以连接到一个按钮开关。

2.连接按钮开关：将按钮开关连接到单片机的GPIO引脚上，通过读取引脚状态来检测按键的按下与释放。

3.音频输出：将单片机的数字音频输出连接到扬声器上，以发出相应的声音。

4.电源供应：提供适当的电源电压和电流给单片机和其他电子元件使用。

软件编程：1.初始化：在程序开始时，初始化单片机的GPIO引脚以及其他必要的外设，设置合适的时钟频率和中断设置。

2.按键扫描：通过循环遍历GPIO引脚，检测按钮开关的状态。

当检测到按键按下时，记录下按键对应的音符。

3.声音发生器：根据按键记录的音符，生成相应的音频信号。

可以使用一组预设的音符频率和振幅值，或者使用数学公式生成声音波形。

4.声音输出：将生成的音频信号发送到数字音频输出引脚，输出到扬声器上。

5.多音同步：为了更好的音乐体验，可以通过增加多音同步功能，使得按下多个按键时可以同时发出多个音符。

设计注意事项：1.硬件连接：确保正确连接按钮开关、声音输出和电源供应等元件，避免短路或其他电路问题。

2.音频信号处理：可以通过数字信号处理（DSP）算法对音频信号进行增强、滤波等处理，提高音质和音效。

3.功耗优化：在编程时，可以考虑使用低功耗模式以延长电子琴的电池寿命。

4.隔音材质：适当在琴身上加入隔音材质，减少按键和扬声器震动传递到外部的噪音。

总结：基于单片机的电子琴设计包括硬件连接和软件编程两个方面，硬件连接主要涉及键盘、按钮开关、扬声器和电源供应等元件的连接，软件编程则负责按键扫描、音频发生和音频输出等功能。

在设计过程中需注意硬件连接的正确性和优化声音效果，使得电子琴能够发出优美的音乐。