电子琴的设计电子线路设计论文.doc
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1、电子线路设计与应用课程设计电子琴的设计 摘 要作为电子专业的学生,掌握电子琴的制作是很好检验我们所学知识应用。它所包含的知识基本上覆盖我们的模拟电子技术基础、数字电子技术基础、EDA技术、电子线路、单片机基础以及接口技术课程的重要章节。虽然我们不能设计出很复杂的电子琴,主要是考虑到设备以及成本等一系列问题,因此我打算设计并制作一个简易的电子琴。采用集成电路设计,基于AT89S52单片机设计一款简易的电子琴,采用4*4距阵键盘,鉴于传统电子琴可以用键盘上的“k0”到“k16”键演奏从低So到高DO等16个音,从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。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。
2、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。本系统运行稳定,其优点是硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等。关键词:AT89C51,矩阵键盘,扬声器Keyboard designAbstractAs electronic professional students, grasps the electronic organ produ
3、ction is a very good test our knowledge application. It contains basically covered the knowledge of our analog electronic technology foundation, digital electronic technology foundation, EDA technology, electronic circuit, SCM basis and interface technology curriculum important chapters. Although we
4、 cannot design a very complicated electronic organ, the main consideration to the cost of equipment and a series of problem, so Im going to design and make a simple electronic organ. The integrated circuit design, based on AT89S52 SCM design one simple electronic organ, the 4 * 4 matrix keyboard, in
5、 view of the traditional electronic organ can use the keyboard k0 to k16 key play from low to high and So DO 16 sound, which can be used to play like music.Electronic organ is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard instruments. It played an important role in m
6、odern music. SCM has powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converged with modern peoples lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89C51 control of the core components, design of a electronic organ. SCM as a host to the core, with the keyboard,
7、speaker and other core modules. In the main control module has 16 keys and a speaker. The system is steady, its simple hardware circuits, software functions, reliability of control system and high cost performance is its advantages. Keyword:AT89C51、matrix keyboard、loudspeaker 22目 录摘 要IAbstractII第一章
8、论文背景及设计任务11.1 论文背景11.2 设计任务1第二章 系统方案设计22.1系统工作原理22.2方案比较及选择2第三章 硬件电路设计43.1芯片简介43.2 硬件电路图6第四章 软件系统设计84.1系统软件总体方案8第五章 系统仿真和电路调试105.1系统仿真图和PCB版制图105.2 电路调试11总结12参考文献13附录14第一章 论文背景及设计任务1.1 论文背景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
9、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AT89S51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
10、阐述。本系统是简易电子琴的设计,按下键盘矩阵中的按键会使数码管显示当前按键,扬声器播放器对应的音符。通过设计本系统可了解单片机的基本功能。对单片机的了解有一个小的飞跃。1.2 设计任务本设计以MCS-51系列单片机为核心,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。第二章 系统方案设计2.1系统工作原理本系统扫描键盘矩阵、显示按键、扬声器发出对应音符。4X4行列式键盘识别及显示原理如下: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
11、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
12、。 (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520mm。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
13、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。2.2方案比较及选择(1)控制模块选择方案方案一:用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压,再经过整流、滤波,获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电
14、阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案二: 采用AT89C51单片机进行控制,由于AT89C51不具备ISP功能,因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见,况且其ROM只有4K系统将来升级方面没有潜力。方案三:采用AT89S52单片机进行控制,由于其性价比高,完全满足了本作品智能化的要求,它的内部程序存储空间达到8K,使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级,使用方便,抗干扰性能提高。(2)选择方案鉴于上述对比与分析,本设计采用方案三。方案三方框图如图2-1所示: AT89S51单片机时钟电路发音电路复位电路显示电路电源电路时钟电路 图2-1 电子琴设计方
15、框图主要利用单片机中的定时器中断、LED显示、以及扬声器实现了演奏和显示功能。针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性,通过对定时器T0送入不同的初值,调节T0的溢出时间,输出频率可控的方波,从而控制不同音阶的音调高低。而对于音长的控制,则可以向定时器T1送入一个固定初值,通过控制定时器中断循环的次数,来实现对发音时间长短的控制。对于音符和曲目的显示,主要通过读入键值,判断所选曲目或音符,输出到LED上显示。我们主要使用单片机设计简易电子琴,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。 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
16、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整理出来即可。第三章 硬件电路设计3.1芯片简介3.1.1 AT89S51简介AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flas
17、h存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。 此外,AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功
18、能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。其引脚图如图3-1所示:图3-1 AT89S51引脚图AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。 主要功能特性: 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次)Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 3.
19、1.2 LM386简介LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点,广泛应用于录音机和收音机之中。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。其引脚图如图3-2所示: 图3-2 LM38
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