单片机及DSP课程设计报告
专业：通信工程
班级：
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学号：
指导教师：**
时间：2015-06-22~2015-07-03
通信与电子工程学院
基于单片机的电子琴设计
一、课设的目的及内容
本设计主要是用单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器、数码管等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有7个按
键和1个复位按键。本系统主要是完成的功能：电子琴弹奏并显示所按的按键对应音
的唱名。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符
的符号只是存在自定义的表中。
总之，本设计的电子琴有以下要求：
（1）用键盘作出电子琴的按键，共7个，每键代表1个音符。各音符按照符合电子琴的按键顺序排列；
（2）达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲；
（3）在按下按键发出音符的同时显示出音符所对应的唱名
即1（dao）、2（ruai）、3（mi）、4（fa）、5（sao）、6（la）、7（xi）。
二、问题分析、解决思路及原理图
本系统采用STC89C52RC为主控芯片，因其精度较高，操作比较灵活，输入电路和输出电路由芯片来进行处理，电路的系统的稳定性高，功耗小。其中，输入电路有7
个独立按键，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，在蜂鸣器中发出有效的声音。由于需要显示的信息不多，显示电路未采用液晶屏显示，而是使用数码管显示电路负责显示按下的琴键所对应音
符的唱名，这样既节省了成本，又降低了编程难度。
图1
如图1所示基于单片机STC89C52RC的电子琴电路，它主要由琴键控制电路、数码管显示电路、音频功放电路和时钟-复位电路四部分所构成。
三、硬件设计
（一）琴键控制电路
琴键控制电路作为人机联系的输入部分，也是间接控制数码显示和音频功放的重
要组成部分。本设计采用独立式键盘的思路。
独立式键盘的特点是一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过
检测I/O输入线的电平状态，可判断出被按下的按键。
显而易见，这样电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。适
用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多
的I/O口线。
独立式键盘的7个独立按键分别对应一个I/O口线，当某一按键按下时，对应的
检测线就变成了低电平，与其它按键相连的检测线仍为高电平，只需读入I/O输入线
的状态，判别哪一条I/O输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。
（二）数码管显示电路
LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构
成的。常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。它由七个条形发光二极管和一
个小圆点发光二极管组成，每一段对应一个发光二极管。一般来说分共阳极和共阴极
两种接法，如图二所示为八段LED数码管结构及外形。
图二
共阳极LED数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个
发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示，如图二a所示。
反之，共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，
发光二极管点亮，如图二b所示。
LED数码管的a至g七个发光二极管因接得电压不同而导致不同亮暗的组合就能
形成不同的字形，这种组合称之为字形码，如表一所示为八段LED数码管的字形码表。
表一
本设计所采用的是共阴二极管。
（三）音频功放电路
本设计采用蜂鸣器作为音频发生的设备，而若将蜂鸣器的正极直接与单片机端
口相连，由于单片机端口的电流值太小而无法驱动蜂鸣器发声，所以本设计采用三极
管放大电流的方法来完成目的的，如图三所示，
图三
（四）时钟、复位电路
1、时钟电路
时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时
钟方式。
STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，
构成一个稳定的自激振荡器，图四是STC89C52内部时钟方式的电路，C1和C2
的典型值通常选择为30pF，石英晶体常选6MHz或12MHz的。本设计采用内部
时钟方式做时钟电路
图四
2、复位电路
单片机的初始化操作，给复位脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就使STC89C52复位。这些操作都是由复位电路来实现。
在单片机的实用系统中，一般有两种复位操作形式：上电复位和手动复位。上
电复位在单片机系统每次通电时执行。上电时，电容C充电加给RST引脚一个
短的高电平信号，此信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST引
脚上的高电平持续时间取决于电容C充电时间。为保证系统可靠复位，RST引
脚上的高电平必须维持足够长的时间。手动复位在系统出现操作错误或程序运
行出错时使用。在单片机系统运行过程中，按下复位键，高电平输入RST引脚，
单片机被强制执行复位操作，系统可以退出错误运行状态，恢复正常工作。
四、软件设计
1、硬件接口定义
