简易电子琴
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简易电子琴设计院系电子信息工程学院专业电子信息工程班级 3姓名张林俊摘要单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
他的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
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。
它在现代音乐扮演重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。
以单片机作为主控核心，与键盘扬声器等模块组成核心主控制模块。
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硬件的组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。
并且分别从原理图，主要芯片，个模原理及各莫奎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，构成我们想演奏的那首曲目。
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/计数器来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。
关键词：AT89C51单片机；简易电子琴目录摘要 (I)目录 (II)1 引言 (III)1.1对音乐的兴趣.............................................................. 错误！未定义书签。
1.2 对电子琴的好奇......................................................... 错误！未定义书签。
1.3对于单片机和电子琴的介绍 (1)2 硬件设计 (III)2.1 总体方案设计 (III)2.2 51单片机的概述 (III)2.3 4X4行列式键盘识别及显示 (2)3 软件设计 (3)3.1系统软件设计 (3)3.2中心控制模块的硬件设计 (3)4 系统调试与实验 (4)5 总结 (4)5.1全文总结 (4)5.2研究展望 (4)参考文献 (5)程序附录 (5)1 引言1.1对于音乐的兴趣我们对音乐都有着浓厚的兴趣，喜欢听钢琴曲，如理查德·克莱德曼演奏的《思乡曲》《星空》《秋日的私语》等，音乐在我们的生活中扮演着很重要的角色。
有人曾说，喜欢音乐的人不会向恶。
以前不以为然，可是随着这些年来慢慢喜欢上阴郁，听了越来越多的钢琴曲之后，觉得这句话非常有道理。
音乐是用艺术家用音符记录世界，传达情感的一种艺术形式，音乐里有一种和谐之美，听音乐可以让人心情舒畅，与外界和谐统一。
音乐现在已经成为我生活中很重要的一部分，我们每周都会抽些时间去欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。
1.2对于电子琴的好奇好奇是人的天性，人类对于自然的认识，对于科学的探索，无不始于好奇。
我们对电子琴如何实现其功能，如音色选择、声音强弱控制、节拍器、自动放音功能等等也很好奇，想通过学习单片机这个机会，深入了解电子琴的功能实现原理。
1.3对于单片机和电子琴的介绍单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
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。
它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。
以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有16个按键和扬声器。
本文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统硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。
并且本文分别从原理图，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。
2 硬件设计2.1 总体方案设计2.1.1能够实现基本的琴键功能即每按下一个琴键，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，使蜂鸣器发出不同频率（音调）的声音，声音延迟一段时间，等到按键放开后，声音停止。
然后再继续扫描，看是否有键按下，如此循环下去，即可实现基本的琴键功能。
2.1.2能够实现调节电子琴音色的功能在键盘上设置功能键，通过按键来选择不同的音色。
当选通后，按下琴键，蜂鸣器就一直发出此种音色的声音。
直到下一次再次按下音色选择功能键，才会改变音色。
系统共设置五种音色：长笛音，钢琴音，小号音，小提琴音，短笛音，默认状态为钢琴音。
2.1.3能够实现通过按键自动播放歌曲的功能在键盘上设置几个功能键，按下之后会根据功能键跳转到自动播放歌曲的程序，来播放相应的歌曲。
播放歌曲的默认音色为钢琴音，若希望调整音色，只需在自动播放歌曲之前，按下相应的音色选择功能键即可实现。
2.1.4总体硬件组成框图该设计方案是通过按键随意按下所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。
通过这样可以不断的弹奏我们想要的音符或者是音调，电路由复位电路，指示灯电路，和功能按键电路组成，通过功能键可以选择播放音乐或者弹奏音节，硬件主要有下面几个部分组成。
用P1作为按键的接口，用P3.7口做信号输出口。
图2-1电子琴硬件设计框图2.2 51单片机的概述51单片机有基本特性：（1）面向控制的8位CPU和指令系统（2）4K字节的程序存储器（ROM或EPROM）（3）128字节的数据存储器（4）可编程的并行I/O口P0~P3，有32位双向输入/输出线（5）一个全双工串行口（6）两个16位定时器/计数器（7）五个中断源，两个优先级的中断结构（8）一个片内时钟振荡器和时钟电路（9）可以寻址64K字节的程序存储器和64K字节的外部数据存储器51单片机功能强大，（10）性能日趋完善，在工业测控、智能仪器仪表、机电一体化产品、家电领域中应用广泛，因此基于51单片机设计简易的电子琴可行性非常大2.3 4X4行列式键盘识别及显示组成键盘的按键有机械式、电容式、导电橡胶式、薄膜式多种，但不管什么形式，其作用都是一个使电路接通与断开的开关。
目前微机系统中使用的键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型。
编码键盘：键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路。
不仅能自动检测被按下的键，并完成去抖动、防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码）送往CPU。
所以，编码键盘接口简单、使用方便。
但由于硬件电路较复杂，因而价格较贵。
非编码键盘：键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。
有关按键的识别、键码的确定与输入、去抖动等功能均由软件完成。
目前微机系统中，一般为了降低成本大多数采用非编码键盘。
键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。
（1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。
抖动的持续时间与键的质量相关，一般为5—20mm。
所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。
去抖问题可通过软件延时或硬件电路解决。
（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。
常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。
双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。
N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。
（3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。
常用的方法有行扫描法和线反转法两种。
行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。
线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。
（4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码。
3 软件设计3.1系统的软件设计为了使电子琴的控制系统更加的方便、灵活以及稳定性，我们对系统硬件进行了简约和优化，使硬件更加的实用，更加的人性化，硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块、复位按键模块四大类。
3.2中心控制模块的硬件设计这次设计的中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。
其中P1口作为输入口，P3.7口为信号输出口。
图3-1单片机设计电路图4 系统调试与实验在设计好电路图以及写好软件后，最后一步就是进行系统的调试，借助Proteus和Keil 软件进行，根经调试，系统一切正常，每个不同按键均发出不同声音，据出现的不同按键对电路图、程序进行相应的调整，只有当一切都符合预期设想的效果才可以。
5 总结5.1全文总结通过这次课程设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识串到一起。
首先在课程设计刚开始的调研阶段，我学会了怎么通过各种方式查询相关的资料。
通过对这些资料的学习，我大致了解了单片机的发展现状以及未来的发展趋势，认识到目前单片机方面的各种各样的发展，和它们之间的竞争。
了解了单片机方面的先进技术，这些都为我的未来的学习指明了方向。
在软件方面，通过串行口调试工具的开发，使我加深了对累封装的理解，熟悉了51系列单片机内部的寄存器和编程规则，以及如何控制外围电路。
5.2研究展望微型计算机的出现和大量使用将人类社会带入一个新的时代，单片微型计算机(简称单片机)在其中扮演着十分重要的角色。
虽然它没有常见的PC那样大的体积和重量，不会在办公桌或控制台上占据一个显要的位置，但它就像小小的螺丝钉一样，镶嵌在人们工作、生活中需要计算、控制、测量等智能活动的各个角落。
自20世纪70年代问世以来，单片机以其体积小、可靠性高、控制功能强、使用方便、性能价格比高、容易产品化等特点，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电器等各个领域得到了广泛应用，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用，对人们生活质量的提高产生了深刻的影响。
