关于单片机的电子琴设计
目 录
一、 引言 1
（一） 电子琴的发展背景 1
（二） 电子琴的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C52单片机简要介绍 3
（三） 蜂鸣器概述 4
（四） 键盘概述 5
（五） LCD1602字符点阵型液晶显示器 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 电子琴硬件方案设计 7
（二） 参数计算 7
（三） 单片机最小系统设计 8
（四） 琴键电路设计 9
（五） 发声电路设计 9
（六） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 软件系统流程图设计 12
（二） 按键消抖流程设计 13
（三） 显示器的工作流程设计 14
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
引言
电子琴的发展背景
电子琴是当今摇滚乐队中必备的键盘乐器，它在现代摇滚乐中有着“乐器之王”的美誉，电子琴的表现能力非常丰富，经验丰富的演奏者通过一个电子琴能够表现出一个管弦乐队的效果，这主要得益于电子琴的音域广泛、和声优美、音量可以自由调节等特点，另外还和电子琴内部的存储模块分不开。电子琴内部是有一大块集成电路构成的，它同传统的乐器不同，内部没有任何靠物理结构发出独特音色的材料，它的发生部件就是一个性能优良的扬声器，电子琴实际上是一个典型的控制系统，该系统通常由主控微处理器、存储设备、放大器、功放、喇叭、按键以及显示器组成。通过电子琴内部的微处理器以及存储模块，它能够模拟或者存储一些常规乐器所无法发出的音色，比如舞台效果中常要用到的风雨的声音、宇宙声以及团队的合唱声，这些音色由于具有特殊性，普通的单一功能的乐器是无法产生的，而电子琴通过内部的合成器以及解码器
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
特音色的材料，它的发生部件就是一个性能优良的扬声器，电子琴实际上是一个典型的控制系统，该系统通常由主控微处理器、存储设备、放大器、功放、喇叭、按键以及显示器组成。通过电子琴内部的微处理器以及存储模块，它能够模拟或者存储一些常规乐器所无法发出的音色，比如舞台效果中常要用到的风雨的声音、宇宙声以及团队的合唱声，这些音色由于具有特殊性，普通的单一功能的乐器是无法产生的，而电子琴通过内部的合成器以及解码器等，可以轻松产生，这也是电子琴受到广泛应用的一大主要原因。当一个演奏者在使用电子琴进行独自演奏时，通过高级的演奏技巧，演奏者能够同时用电子琴发出打击乐器的音色来使自己的演出更有节奏感。电子琴的出现其实是依靠微处理器技术的发展而发展的，由于其系统内部主要由微处理器作为主控核心，负责声音、音符的生成、解码以及调制等，因此它的性能以及稳定度决定了电子琴的优劣，目前较为高级并且昂贵的电子琴往往采用DSP以及ARM等先进嵌入式器件作为主控核心，性能最高的电子琴往往具有多核处理器，这样不但提高了系统的处理速度，使得电子琴能够产生更加美妙、清晰度更高的音质，而且多核结构也提高了系统的稳定性，因为即使其中一个核出现故障，另外几个核能够快速调整任务分配，是系统继续正常工作。早期的电子琴出现之时，正处于单片机技术刚刚起步的时期，设计人员看准了单片机强大的控制能力，并且结合乐理知识设计出了性能较为突出的电子琴，这种电子琴在投入市场后迅速赢得了各界的好评，因为它的成本相对于钢琴来说非常低廉，另外它的音质也接近钢琴，因此很多学校和家长将它作为培养孩子音乐修养的一个重要乐器，并且它的外形也容易被孩子接受并喜爱。如今电子琴已经发展出了多种不同的类型，如单排键和双排键等，它的发展也是微处理器技术以及电子技术发展的一个写照，因此本文以电子琴作为设计目标，设计一款基于单片机控制的电子系统。
电子琴的国内外发展现状
由于电子琴在舞台上具有强大的表现能力，一个性能优秀的电子琴往往能发挥出一个乐队的表演效果，因此国内外对于电子琴的研究也十分火热，性能强大的电子琴处于供不应求的现状，许多乐队对于电子琴的功能也提出了更加苛刻的要求，因此对于电子琴的研究，国内外形成了许多专门的研究小组和企业，他们的研究任务是研发出清晰度更高、和声类型更多以及音色种类更加齐全的电子琴，使得一个电子琴能够兼备一个乐队中所有乐器的功能。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的电子琴作为研究课题，选用了ATMEL公司的AT89C52单片机作为主控芯片，设计了一款电子琴控制系统，系统内配置了键盘膜快、显示模块以及扬声器模块等，能够实现16个不同音符的输出，并且能够在显示屏上显示音符名。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
方案二：采用FPGA作为本系统的主控核心，FPGA同单片机或者ARM不同的是，单片机或者ARM是一种软件结构，是通过C语言来构建的一种系统，而FPGA却是一种硬件芯片，通过它的名称（现场可编程门阵列）就可以清楚的看到，它是一种通过程序的设定来配置内部门电路连接关系的集成电路，也就是它内部的基本单元是一个个最基本的门电路，通过将门电路的不同连接关系来设计不同的逻辑电路，由于FPGA内部含有成百上万个门电路，因此其构建出的逻辑电路不但功能复杂，而且速度极快。FPGA采用硬件描述
一、 引言 1
（一） 电子琴的发展背景 1
（二） 电子琴的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C52单片机简要介绍 3
（三） 蜂鸣器概述 4
（四） 键盘概述 5
（五） LCD1602字符点阵型液晶显示器 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 电子琴硬件方案设计 7
（二） 参数计算 7
（三） 单片机最小系统设计 8
（四） 琴键电路设计 9
（五） 发声电路设计 9
（六） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 软件系统流程图设计 12
（二） 按键消抖流程设计 13
（三） 显示器的工作流程设计 14
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
引言
电子琴的发展背景
电子琴是当今摇滚乐队中必备的键盘乐器，它在现代摇滚乐中有着“乐器之王”的美誉，电子琴的表现能力非常丰富，经验丰富的演奏者通过一个电子琴能够表现出一个管弦乐队的效果，这主要得益于电子琴的音域广泛、和声优美、音量可以自由调节等特点，另外还和电子琴内部的存储模块分不开。电子琴内部是有一大块集成电路构成的，它同传统的乐器不同，内部没有任何靠物理结构发出独特音色的材料，它的发生部件就是一个性能优良的扬声器，电子琴实际上是一个典型的控制系统，该系统通常由主控微处理器、存储设备、放大器、功放、喇叭、按键以及显示器组成。通过电子琴内部的微处理器以及存储模块，它能够模拟或者存储一些常规乐器所无法发出的音色，比如舞台效果中常要用到的风雨的声音、宇宙声以及团队的合唱声，这些音色由于具有特殊性，普通的单一功能的乐器是无法产生的，而电子琴通过内部的合成器以及解码器
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
特音色的材料，它的发生部件就是一个性能优良的扬声器，电子琴实际上是一个典型的控制系统，该系统通常由主控微处理器、存储设备、放大器、功放、喇叭、按键以及显示器组成。通过电子琴内部的微处理器以及存储模块，它能够模拟或者存储一些常规乐器所无法发出的音色，比如舞台效果中常要用到的风雨的声音、宇宙声以及团队的合唱声，这些音色由于具有特殊性，普通的单一功能的乐器是无法产生的，而电子琴通过内部的合成器以及解码器等，可以轻松产生，这也是电子琴受到广泛应用的一大主要原因。当一个演奏者在使用电子琴进行独自演奏时，通过高级的演奏技巧，演奏者能够同时用电子琴发出打击乐器的音色来使自己的演出更有节奏感。电子琴的出现其实是依靠微处理器技术的发展而发展的，由于其系统内部主要由微处理器作为主控核心，负责声音、音符的生成、解码以及调制等，因此它的性能以及稳定度决定了电子琴的优劣，目前较为高级并且昂贵的电子琴往往采用DSP以及ARM等先进嵌入式器件作为主控核心，性能最高的电子琴往往具有多核处理器，这样不但提高了系统的处理速度，使得电子琴能够产生更加美妙、清晰度更高的音质，而且多核结构也提高了系统的稳定性，因为即使其中一个核出现故障，另外几个核能够快速调整任务分配，是系统继续正常工作。早期的电子琴出现之时，正处于单片机技术刚刚起步的时期，设计人员看准了单片机强大的控制能力，并且结合乐理知识设计出了性能较为突出的电子琴，这种电子琴在投入市场后迅速赢得了各界的好评，因为它的成本相对于钢琴来说非常低廉，另外它的音质也接近钢琴，因此很多学校和家长将它作为培养孩子音乐修养的一个重要乐器，并且它的外形也容易被孩子接受并喜爱。如今电子琴已经发展出了多种不同的类型，如单排键和双排键等，它的发展也是微处理器技术以及电子技术发展的一个写照，因此本文以电子琴作为设计目标，设计一款基于单片机控制的电子系统。
电子琴的国内外发展现状
由于电子琴在舞台上具有强大的表现能力，一个性能优秀的电子琴往往能发挥出一个乐队的表演效果，因此国内外对于电子琴的研究也十分火热，性能强大的电子琴处于供不应求的现状，许多乐队对于电子琴的功能也提出了更加苛刻的要求，因此对于电子琴的研究，国内外形成了许多专门的研究小组和企业，他们的研究任务是研发出清晰度更高、和声类型更多以及音色种类更加齐全的电子琴，使得一个电子琴能够兼备一个乐队中所有乐器的功能。
本文主要研究内容
本文以基于单片机的电子琴作为研究课题，选用了ATMEL公司的AT89C52单片机作为主控芯片，设计了一款电子琴控制系统，系统内配置了键盘膜快、显示模块以及扬声器模块等，能够实现16个不同音符的输出，并且能够在显示屏上显示音符名。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下载和调试，不需要专门的JATG式仿真器，因此成本非常低。但是使用51单片机作为主控核心也有几个缺点，一是51单片机的主频较低，内部没有集成锁相环电路，因此芯片的处理速度较低；二是51单片机内部集成的资源较少，如常用的IIC、SPI以及AD采样模块都没有集成进去，使用者需要自己在片外配置。然而综合到自身的学习情况，对于51单片机的使用能够很熟练的程度，这对于顺利完成毕业设计是有利的。
方案二：采用FPGA作为本系统的主控核心，FPGA同单片机或者ARM不同的是，单片机或者ARM是一种软件结构，是通过C语言来构建的一种系统，而FPGA却是一种硬件芯片，通过它的名称（现场可编程门阵列）就可以清楚的看到，它是一种通过程序的设定来配置内部门电路连接关系的集成电路，也就是它内部的基本单元是一个个最基本的门电路，通过将门电路的不同连接关系来设计不同的逻辑电路，由于FPGA内部含有成百上万个门电路，因此其构建出的逻辑电路不但功能复杂，而且速度极快。FPGA采用硬件描述
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1513.html
