52单片机的电子琴设计与制作
目录
引言 1
一、方案总体设计 2
(一) 方案对比 2
（二）总体设计 3
（三）总体方案工作原理 3
二、硬件设计 3
（一） STC89C52芯片 3
（二）单片机复位部分 4
（三）单片机晶振部分 5
（四）数码管显示部分 5
（五）蜂鸣器部分 6
（六）按键部分 6
三、软件设计 7
四、系统仿真与调试 8
（一） 仿真软件简介 8
（二） 硬件调试 9
（三） 软件调试 9
（四） 使用说明 10
总结 11
致谢 12
参考文献 13
附录 14
（一）原理图 14
（二）PCB图 15
（三）实物图 16
（四）元器件清单 17
（五）程序 18
引言
钢琴，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，有的人们不能负担起钢琴的高额价钱，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，电子琴的发明让人们找到了能与钢琴媲美的声音。怎样让我们的电子琴随身携带呢？这就要求人们不断设计出新型电子琴。
由于设备体积小，功能多，价格低，被广泛使用，随着经济的快速发展，越来越多的单芯片应用。 SCM现在多用于玩具和LCD产品，预计在未来，产品的使用将越来越多采用微控制器，基于这样的考虑，这次我毕业设计的题目为基于单片机的电子琴。
我设计了这个产品是根据自己的兴趣和传统电子琴的认识和理解设计的爱好，要知道传统的电子琴也采用单片机汇编语言编程来实现的，功能单 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
一，只有随机播放，而不是播放音乐，我设计的产品是基于深入了解单片机89C52的应用，将传统的电子琴进行改革与创新，并用一个简单的C语言程序来代替复杂的汇编语言程序设计，声光是电子琴的新主题，我相信声光电子琴的创新，达到人们所需娱乐设备标准的时候，声光电子琴将被投入批量生产之中。
一、方案的总体设计
本次课程设计的是基于52单片机的电子琴，其要求如下:
1、具有数字显示装置。
2、采用蜂鸣器发声。
3、8个按键实现1、2、3、4、5、6、7、1的发音。
本次设计主要是要通过软件与硬件的配合实现电子琴的功能，手动操作按下任意一个按键发出相应的音。
(一) 方案对比
方案一：采用单个的逻辑器件组合
8253计数器可以产生任意频率的方波的频率信号，所以只要把歌曲的音阶对应于所述频率计数器就可以通过计数器产生音乐。
方案二：用VHDL语言编程来实现
通过VHDL语言，设计的示意图的各个部分，通过编译，可以将实验图下载到计算机芯片。就可以很快设计一个简单的电子琴，并实现其功能。
方案三：采用STC89C52单片机
使用STC89C52微控制器作为主芯片，设置键盘，蜂鸣器和其他外围设备。使用按键来实现的色调输入，数码管显示按钮操作，用PNP晶体管实现低音频功率放大，最后蜂鸣器鸣响。
方案比较：
方案一具有相对简单、明确的分工逻辑，思路清晰，但由于组件类型，编号范围，和过于复杂的硬件电路也容易造成系统的精度不高，体积过大和其他不利因素。方案二采用VHDL语言编程实现电子琴的各种功能。系统由电子琴的声音模块，选择控制模块和存储器模块；与方案一相比，它更普遍。方案三与前两种方案相比，主控芯片STC89C52单片机，这是大规模集成电路技术的产品，具有高性能，高速度，体积小，价格低，质量可靠，广泛使用的功能。还具有强大的控制功能和灵活的编程特性，由于设计的各个方面的要求，采用方案三最合适。
（二）总体设计
设计总体框架图如图1所示
图1 系统总体框架图
（三） 总体方案工作原理
由STC89C52 P1口8个按钮控制DO，RE，MI，FA，SO，LA，XI，DO单个音符，并用数码管显示音符的简谱，同时在P3^7口驱动蜂鸣器发出声音。发音原理：为了产生音频脉冲，需要计算音频期长，然后在周期除以2，即半个周期。使用定时器记得一半的周期时间，计时结束时将P3^7倒置，然后反转定时器，就可以在P3 ^7得到该脉冲。使STC89C52内部定时器工作在计数器模式中得到的脉冲的频率，改变计数值TH0和TL0就可以产生不同的频率，产生不同的音阶。
二、硬件设计
（一） STC89C52芯片
STC89C52是一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器具有以下特点：40引脚（引脚图如图2），4K字节闪存片内程序存储器，32个外部双向输入/输出（I / O）端口，五中断优先级中断两层嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，在两个全双工串行口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器装置。
单片机引脚图如图2所示：
图2 单片机引脚图
本系统采用单片机STC89C52为电子琴的控制核心，系统主要包括播放模块、按键控制模块。
（二）单片机复位部分
1、复位功能：电脑死机时，按复位按钮使计算机从头开始执行程序。 SCM也一样，当单片机在运行，受环境干扰程序失控时，按复位按钮程序自动从头开始执行。
2、复位原理：当按下按钮时，开关被接通，这时电容器被短路，电容开始释放之前充好的电荷。当电容电压从5V变为1.5V，或甚至更小时，电阻10K上的电压为3.5V，或甚至更多，所以RST脚为高电平。 SCM系统自动复位。
复位电路图如图3所示：
图3 复位电路图
（三）单片机晶振部分
外部晶体引脚XTAL1和XTAL2连接外部晶振和微调电容的一端。振荡电路的频率是晶体的固有频率。晶振固有频率越大，单片机的运行速度就越快。所有的指令都是基于晶体时钟频率来执行的。晶振电路原理图如图4所示：
图4 晶振电路原理图
（四）数码管显示部分
1、数码管简介
共阳数码管指的是所有的发光二极管的阳极连接形成数码管的公共阳极（COM）。共阳数码管应该将公共极COM接到 + 5V，发光二极管的阴极是低点平时，相对应字段就会被点亮。当阴极为高电平时，相应的字段不会被点亮，共阴极发光二极管指的是所有的发光二极管的阴极连接起来，形成了数码管的公共阴极（COM）。共阴数码管应该将公共极COM接到GND，当一个字段的发光二极管的阳极为高时，相应的字段被点亮。当一个字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮了。数码管LED对应字母图如图6所示：
总结
总体而言，我学到了很多东西。尽管遇到了许多困难和问题，但最终克服并完成了设计。具体而言，可分为以下：
首先，粗心，不够严谨（如疏忽和因焊接错线）;
参考文献
[1] 张艺刚主编.单片机原理与接口技术[M] 北京：北京航空航天大学出版社，2005-9-1
[2] 胡宴如主编.模拟电子技术[M] 高等教育出版社，2008-2-1
引言 1
一、方案总体设计 2
(一) 方案对比 2
（二）总体设计 3
（三）总体方案工作原理 3
二、硬件设计 3
（一） STC89C52芯片 3
（二）单片机复位部分 4
（三）单片机晶振部分 5
（四）数码管显示部分 5
（五）蜂鸣器部分 6
（六）按键部分 6
三、软件设计 7
四、系统仿真与调试 8
（一） 仿真软件简介 8
（二） 硬件调试 9
（三） 软件调试 9
（四） 使用说明 10
总结 11
致谢 12
参考文献 13
附录 14
（一）原理图 14
（二）PCB图 15
（三）实物图 16
（四）元器件清单 17
（五）程序 18
引言
钢琴，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，有的人们不能负担起钢琴的高额价钱，但随着时间的推移，科学技术的不断发展，电子琴的发明让人们找到了能与钢琴媲美的声音。怎样让我们的电子琴随身携带呢？这就要求人们不断设计出新型电子琴。
由于设备体积小，功能多，价格低，被广泛使用，随着经济的快速发展，越来越多的单芯片应用。 SCM现在多用于玩具和LCD产品，预计在未来，产品的使用将越来越多采用微控制器，基于这样的考虑，这次我毕业设计的题目为基于单片机的电子琴。
我设计了这个产品是根据自己的兴趣和传统电子琴的认识和理解设计的爱好，要知道传统的电子琴也采用单片机汇编语言编程来实现的，功能单 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
一，只有随机播放，而不是播放音乐，我设计的产品是基于深入了解单片机89C52的应用，将传统的电子琴进行改革与创新，并用一个简单的C语言程序来代替复杂的汇编语言程序设计，声光是电子琴的新主题，我相信声光电子琴的创新，达到人们所需娱乐设备标准的时候，声光电子琴将被投入批量生产之中。
一、方案的总体设计
本次课程设计的是基于52单片机的电子琴，其要求如下:
1、具有数字显示装置。
2、采用蜂鸣器发声。
3、8个按键实现1、2、3、4、5、6、7、1的发音。
本次设计主要是要通过软件与硬件的配合实现电子琴的功能，手动操作按下任意一个按键发出相应的音。
(一) 方案对比
方案一：采用单个的逻辑器件组合
8253计数器可以产生任意频率的方波的频率信号，所以只要把歌曲的音阶对应于所述频率计数器就可以通过计数器产生音乐。
方案二：用VHDL语言编程来实现
通过VHDL语言，设计的示意图的各个部分，通过编译，可以将实验图下载到计算机芯片。就可以很快设计一个简单的电子琴，并实现其功能。
方案三：采用STC89C52单片机
使用STC89C52微控制器作为主芯片，设置键盘，蜂鸣器和其他外围设备。使用按键来实现的色调输入，数码管显示按钮操作，用PNP晶体管实现低音频功率放大，最后蜂鸣器鸣响。
方案比较：
方案一具有相对简单、明确的分工逻辑，思路清晰，但由于组件类型，编号范围，和过于复杂的硬件电路也容易造成系统的精度不高，体积过大和其他不利因素。方案二采用VHDL语言编程实现电子琴的各种功能。系统由电子琴的声音模块，选择控制模块和存储器模块；与方案一相比，它更普遍。方案三与前两种方案相比，主控芯片STC89C52单片机，这是大规模集成电路技术的产品，具有高性能，高速度，体积小，价格低，质量可靠，广泛使用的功能。还具有强大的控制功能和灵活的编程特性，由于设计的各个方面的要求，采用方案三最合适。
（二）总体设计
设计总体框架图如图1所示
图1 系统总体框架图
（三） 总体方案工作原理
由STC89C52 P1口8个按钮控制DO，RE，MI，FA，SO，LA，XI，DO单个音符，并用数码管显示音符的简谱，同时在P3^7口驱动蜂鸣器发出声音。发音原理：为了产生音频脉冲，需要计算音频期长，然后在周期除以2，即半个周期。使用定时器记得一半的周期时间，计时结束时将P3^7倒置，然后反转定时器，就可以在P3 ^7得到该脉冲。使STC89C52内部定时器工作在计数器模式中得到的脉冲的频率，改变计数值TH0和TL0就可以产生不同的频率，产生不同的音阶。
二、硬件设计
（一） STC89C52芯片
STC89C52是一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器具有以下特点：40引脚（引脚图如图2），4K字节闪存片内程序存储器，32个外部双向输入/输出（I / O）端口，五中断优先级中断两层嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，在两个全双工串行口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器装置。
单片机引脚图如图2所示：
图2 单片机引脚图
本系统采用单片机STC89C52为电子琴的控制核心，系统主要包括播放模块、按键控制模块。
（二）单片机复位部分
1、复位功能：电脑死机时，按复位按钮使计算机从头开始执行程序。 SCM也一样，当单片机在运行，受环境干扰程序失控时，按复位按钮程序自动从头开始执行。
2、复位原理：当按下按钮时，开关被接通，这时电容器被短路，电容开始释放之前充好的电荷。当电容电压从5V变为1.5V，或甚至更小时，电阻10K上的电压为3.5V，或甚至更多，所以RST脚为高电平。 SCM系统自动复位。
复位电路图如图3所示：
图3 复位电路图
（三）单片机晶振部分
外部晶体引脚XTAL1和XTAL2连接外部晶振和微调电容的一端。振荡电路的频率是晶体的固有频率。晶振固有频率越大，单片机的运行速度就越快。所有的指令都是基于晶体时钟频率来执行的。晶振电路原理图如图4所示：
图4 晶振电路原理图
（四）数码管显示部分
1、数码管简介
共阳数码管指的是所有的发光二极管的阳极连接形成数码管的公共阳极（COM）。共阳数码管应该将公共极COM接到 + 5V，发光二极管的阴极是低点平时，相对应字段就会被点亮。当阴极为高电平时，相应的字段不会被点亮，共阴极发光二极管指的是所有的发光二极管的阴极连接起来，形成了数码管的公共阴极（COM）。共阴数码管应该将公共极COM接到GND，当一个字段的发光二极管的阳极为高时，相应的字段被点亮。当一个字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮了。数码管LED对应字母图如图6所示：
总结
总体而言，我学到了很多东西。尽管遇到了许多困难和问题，但最终克服并完成了设计。具体而言，可分为以下：
首先，粗心，不够严谨（如疏忽和因焊接错线）;
参考文献
[1] 张艺刚主编.单片机原理与接口技术[M] 北京：北京航空航天大学出版社，2005-9-1
[2] 胡宴如主编.模拟电子技术[M] 高等教育出版社，2008-2-1
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