基于单片机的电子琴的设计课程设计说明

基于单片机的电子琴制作课程设计一、设计指标a)设计一个（4×4）的键盘，并将16个键设计成16个音；b)可弹奏想要表达的音乐；c)该电子琴包含1首示例音乐，接通电源可播放示例音乐。

二、设计所用实验仪器和设备：单片机芯片、晶体振荡器一个、电容电阻若干独立开关十六个。

三、设计原理乐音实际上是有固定周期的信号。

我用AT89C51的一个定时器（如T1）控制,在P3．4脚上输出方波周期信号,产生乐音。

根据不同的按键,调节T1的溢出时间,可输出不同频率的乐音,这样就做出了一台微型电子琴。

其中根据行列式非编码键盘工作原理设计一个（4*4）的键盘，当按键按下经过软件的扫描电路进行扫描扫到对应的按键根据对应的负值将频率所对应的负值放进对应寄存器警醒单片机p3.4引脚的频率控制输出，从而使不同按键按下中断得到不同频率的音乐。

每个乐音的音高（频率）是固定的,表1列出了一个8度以及其上下共16个音的音名、频率及定时器T1初值对照（设晶体频率为6MHz）。

四、输出音节和单片机定时器输出频率关系表格如下：序号音名频率（HZ）TH1 TL11 7 493.9 FEH 06H2 1 523.26 FEH 22H3 554.37 FEH 3DH4 2 587.34 FEH 56H5 622.26 FEH 6EH6 3 659.27 FEH 85H7 4 698.17 FEH 9AH8 740.00 FEH AEH9 5 784.00 FEH C1H10 830.62 FEH D3H11 6 880.01 FEH E4H12 932.34 FEH F4H13 7 987.78 FFH 03H14 1 1046.51 FFH 11H15 1108.75 FFH 1FH16 2 1174.68 FFH 2BH2硬件电路设计微型电子琴的电原理图见图1,其中键盘可使用小按键,排成钢琴键盘状（键多时可分为几排）,图中还增加了一只按键指示灯（D1）。

目录前言 (2)第1章基于51单片机的电子琴设计 (3)1.1 电子琴的设计要求 (3)1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3)1.3 总体设计方案 (3)第2章系统硬件设计 (5)2.1 琴键控制电路 (5)2.2 音频功放电路 (6)2.3 时钟-复位电路 (6)2.4 LED显示电路 (6)2.5 整体电路 (6)第3章电子琴系统软件设计 (7)3.1 系统硬件接口定义 (7)3.2 主函数 (8)3.2.1 主函数程序 (8)3.3 按键扫描及LED显示函数 (9)3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10)3.4 中断函数 (11)3.4.1 中断程序 (12)第4章电子琴和调试 (12)4.1 调试工具 (12)4.2 调试结果 (13)4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14)第5章电子琴设计总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)前言音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容，它在陶冶情操、提高素养、开发智力，特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。

近年来，我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩，探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。

但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。

如今，电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。

而在课堂教学方面，它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间：瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法；瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。

结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施，这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室，让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。

现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。

电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。

专业工程设计说明书题目：基于单片机的电子琴设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：测控技术与仪器（卓越）学生姓名：侯雪磊学号：1100820411指导教师：陈寿宏2013 年9 月18 日摘要随着人们生活水平的提高，对音乐的演唱和演奏成为了生活中一种不错的休闲娱乐方式。

小小的电子琴可以给人们带来美好的回忆，提高人们的精神文化享受同时能具有音乐盒的播放功能。

但是传统音乐盒多是机械型的，体积笨重，发音单调，不能实现批量生产。

本文设计的电子琴是以单片机为核心元件，体积小，重量轻，能演奏和旋音乐，功能多，外观效果多彩，使用方便，并具有一定的商业价值、和发展潜力。

基于单片机的电子琴设计以AT89S52单片机作为系统的核心控制部分，通过制作硬件电路和用C语言编写的主控芯片控制程序，并用Keil软件进行编译，然后进行软硬件的调试运行，最终达到设计电路的乐器演奏、点歌、显示功能、LED进行节拍指示。

设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声。

可以用它来弹奏和播放乐曲。

特点是设计思路简单、清晰、成本低、实用，可以根据个人意愿改变想要播放的音乐。

避免了机械音乐盒体积笨重、发音单调等一系列缺点，使得本设计具有一定的商业价值。

关键词：电子琴；AT89S52单片机；数码管；LED灯；音调；节拍。

目录1绪论 (5)1.1 电子琴的相关知识 (5)1.2 设计任务要求 (5)1.3 设计方案简介 (5)2 设计方案论证 (5)2.1 控制芯片的选择 (5)2.2 LED灯电路的选择 (5)2.3 声音播放电路的选择 (5)3 系统硬件设计及说明 (6)3.1 系统组成及总体框图 (6)3.2 元件简介 (6)3.2.1 AT89S52 (6)3.2.2 LM386 (7)3.2.3 LED数码管........................................................................ 7 3.3 各功能模块原理图 (8)3.3.1 控制电路的设计 (8)3.3.2 时钟振荡电路设计 (8)3.3.3 数码管显示电路设计 (9)3.3.4 LED显示电路设计 (9)3.3.5 键盘电路的设计 (9)3.3.6 声音播放电路的设计 (10)3.3.7复位电路的设计 (10)3.4 电路总体构成 (10)4 系统软件设计 (11)4.1 音乐相关知识 (11)4.2 软件程序设计 (11)4.2.1 主程序流程图 (11)4.2.2 按键子程序流程图 (12)4.3程序编写 (14)4.3.1 程序开头以及参数定义 (14)4.3.2 延时、定时器初始化程序 (15)4.3.3 音乐演奏程序 (16)4.3.4 主程序 (17)4.3.5键盘检测程序 (17)5 组装调试 (21)5.1 检查硬件连接 (21)5.2 检查软件 (21)6 收获、体会 (21)7 参考文献 (22)附录 (22)1 绪论1.1 电子琴的相关知识电子琴又称电子键盘，属于电子乐器（区别于电声乐器），发音量可以自由调节。

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。

本科课程设计课程名称：单片机原理与接口技术设计项目：简易电子琴设计实验地点：跨越机房专业班级：通信0901 学号： 2009001330 学生：田野同组人：刚瑛梁邦爽指导教师：武娟萍2012年 05月 26日一、设计目的本设计以AT89C51单片机为核心，采用常用电子器件设计。

要求最少8个按键，每个按键对应一种音调，按下按键发声，松开按键后声音延迟一段时间后停止，即带余音的电子琴，延时时间可以设置，要求最少8个不同音调，可以采用标准的音调设计。

本次课程设计主要研究基于AT89C51单片机的简易电子琴设计二、设计器材AT89C51,蜂鸣器，PNP型三极管，晶振，独立按键三、总体设计方案1．设计思路此次设计硬件电路分四大模块较为简单，主要由独立按键、单片机AT89C51、音频功放及扬声器构成。

以AT89C51为主控器件，对其进行编译，达到我们的设计要求。

对于软件部分下面有详细介绍。

2.电路总设计框图如图1：图1 电路总设计框图3．音频放大电路在一定频率围，具有固定频率的振动就能产生音乐，但是单片机产生的音频脉冲直接驱动扬声器并不能产生所要实现的音乐，因为他没有足够的驱动能力，需要音频功率放大电路。

这里选用PNP型三极管来驱动蜂鸣器，是音响效果更为理想，音频功放电路接口如图2所示：图2 音频放大电路4．音乐播放电路对于播放一首固定音乐，不仅要知道音符也要知道节拍，对应节拍延时时间设定表，对单片机进行编程就可以实现功能。

放歌产生电路如图3，其中单片机的P3.0口控制音乐开始播放控制端口，P3.2口是控制音乐停止播放的控制端口，当小按键S10按下时P3.0口获得低电平，音乐开始重复播放，当小按键S9按下时，P3.2口获得低电平，经过单片机的处理，音乐停止播放，单片机回到最初工作状态。

而P2口的每个端口都连接一个按键，分别控制1，2，3，4，5，6，7，˙1八个不同的音符。

图3 音乐播放电图5．总体电路图如下图：图4 总体电路图，四、设计原理分析1．产生声音的方法：只要让扬声器通过产生大小变化的电流（脉动电流或交流），就能使扬声器发出声音，因此若以程序不断的输出1—0—1—0—1……就可以令扬声器发出声音，由于MCS—51系列的输出端口输出电流不够大，所以必须加上晶体管把电流放大后再驱动扬声器，如图2所示。

单片机课程设计 电子琴一、课程目标知识目标：1. 让学生理解单片机的基本原理，掌握单片机在电子琴设计中的应用。

2. 使学生掌握电子琴的基本结构，能运用单片机编程实现电子琴的基本功能。

3. 帮助学生了解电子琴音调产生原理，掌握音调与频率的关系。

技能目标：1. 培养学生运用单片机进行电子琴设计与编程的能力，能独立完成一个简单的电子琴项目。

2. 培养学生动手实践能力，提高焊接、调试和故障排除等技能。

3. 培养学生团队协作和沟通能力，能在项目过程中进行有效分工与合作。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对单片机及电子制作的兴趣，提高学习积极性。

2. 培养学生勇于尝试、不断探索的精神，增强克服困难的信心。

3. 引导学生关注科技发展，认识到所学知识在现实生活中的应用，培养创新意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标具体、可衡量，有助于学生和教师在教学过程中明确预期成果。

将目标分解为具体学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的实践能力。

二、教学内容1. 单片机基础知识：介绍单片机的组成、工作原理，重点讲解CPU、内存、I/O口等部分的功能与应用。

教材章节：第一章单片机基础2. 电子琴结构与原理：讲解电子琴的基本结构，音调产生原理，键盘与发音电路的连接方式。

教材章节：第三章电子乐器原理3. 单片机编程：以C语言为基础，讲解单片机编程方法，重点掌握延时、中断、I/O口控制等编程技巧。

教材章节：第二章单片机编程基础、第五章中断与定时器4. 电子琴设计与制作：结合单片机知识，指导学生进行电子琴设计，包括硬件电路设计、程序编写、调试与优化。

教材章节：第四章单片机应用实例、第六章电子琴设计与制作5. 实践操作：安排学生进行电子琴硬件焊接、程序烧写、调试与测试，培养动手实践能力。

教材章节：第七章实践操作教学内容安排与进度：第一周：单片机基础知识学习，完成CPU、内存、I/O口等功能的学习。

单片机电子琴课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解单片机的基本原理和功能，掌握电子琴的基本构造和演奏方法。

2. 帮助学生掌握单片机编程的基本技巧，学会使用相关软件进行程序设计。

3. 使学生了解音乐理论中音阶、音符的基本知识，并将其应用于电子琴演奏。

技能目标：1. 培养学生动手操作单片机的能力，学会连接电子琴硬件并进行调试。

2. 培养学生编写简单电子琴程序的能力，实现不同音符的播放和乐曲演奏。

3. 提高学生团队协作和沟通能力，能够共同分析和解决在电子琴制作过程中遇到的问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对单片机及电子琴制作的兴趣，激发学生探究精神，养成自主学习的好习惯。

2. 培养学生具有创新意识，敢于尝试，勇于实践，面对失败保持积极的心态。

3. 增强学生的环保意识，培养节约资源、爱护设备的良好习惯。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识，培养学生的动手操作能力和实际应用能力。

学生特点：学生具备一定的电子知识和编程基础，对新鲜事物充满好奇心，喜欢动手实践。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的实践能力和创新能力。

在教学过程中，关注学生的学习进度，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- 单片机原理：介绍单片机的基本结构、工作原理和功能。

- 音乐理论：讲解音阶、音符、音长等基本音乐知识。

- 编程基础：回顾C语言基本语法，学习单片机编程方法和技巧。

2. 实践操作：- 电子琴硬件连接：学习电子琴硬件的组成，进行电路连接和调试。

- 程序编写：编写程序实现电子琴基本功能，如按键识别、音符播放等。

- 歌曲演奏：设计程序，实现简单乐曲的演奏。

3. 教学大纲：- 第一周：单片机原理学习，音乐理论知识回顾。

- 第二周：编程基础复习，电子琴硬件连接与调试。

- 第三周：编写电子琴程序，实现基本功能。

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。

单片机简易电子琴课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解单片机的基础知识，掌握其编程原理；2. 帮助学生掌握简易电子琴的设计原理，包括音阶、音色和节奏的控制；3. 引导学生掌握电子琴的硬件连接和软件编程，了解两者之间的联系。

技能目标：1. 培养学生动手操作能力，能够独立完成单片机与电子琴硬件的连接；2. 培养学生编程能力，能够编写简单的程序控制电子琴演奏；3. 提高学生的问题解决能力，能够针对电子琴演奏过程中出现的问题进行调试和优化。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对单片机及电子琴制作的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生团队协作精神，学会在合作中共同解决问题；3. 培养学生创新思维，鼓励学生敢于尝试，勇于突破。

课程性质分析：本课程为实践性较强的课程，结合单片机技术与音乐知识，旨在培养学生的动手实践能力和创新精神。

学生特点分析：初中年级学生已经具备一定的物理知识和逻辑思维能力，对新鲜事物充满好奇心，喜欢动手实践。

教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的综合运用能力；2. 教学过程中，关注学生个体差异，给予每个学生个性化的指导；3. 注重教学评价，及时了解学生学习进度，调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 单片机基础知识：讲解单片机的组成、工作原理，重点掌握I/O口控制、定时器、中断等基本功能。

相关教材章节：第一章 单片机概述、第二章 单片机硬件结构。

2. 电子琴原理：介绍电子琴的基本原理，包括音阶生成、音色合成、节奏控制等。

相关教材章节：第三章 电子乐器原理、第四章 音频信号处理。

3. 硬件连接：学习如何将单片机与电子琴硬件连接，包括键盘矩阵、音频放大器、扬声器等。

相关教材章节：第五章 单片机接口技术。

4. 软件编程：编写程序实现电子琴的基本功能，包括音阶演奏、音色切换、节奏控制等。

相关教材章节：第六章 单片机编程基础、第七章 程序设计实例。

5. 实践操作：分组进行电子琴制作，让学生动手实践，提高实际操作能力。