单片机的微型电子琴研究与实现(附件)
电子琴已经发展了上百年，各项技术都已经成熟,发展进入了瓶颈期。如果想要进一步的发展，开拓市场就需要有新的技术突破。而微型电子琴就是一个发展突破口。微型电子琴具有低成本、多功能，体积小，易携带等优点，满足现代科技带领下产品微型化的趋势。本次设计则是采用AT89S52单片机为系统核心研究设计出一种可以安装在玩具和小型物件之上的，并且可以发出与实体电子琴有相同音色效果的微型电子琴。分别实现弹奏歌曲、播放歌曲、存储弹奏歌曲和显示等功能。设计中音阶都有固定对应的频率，所以通过单片机的定时/计数器T0来产生方波频率信号就可以产生不同频率的音频脉冲，就可以弹奏音乐。设计的原则是成本低、功能多、思路清晰、系统安全。关键词 微型电子琴 存储 AT89S52单片机 弹奏
目 录
1 绪论 2
1.1 研究背景和意义 2
1.2 电子琴的起源与发展现状 3
1.3 本课题的主要研究内容 4
2 微型电子琴原理及硬件需求 4
2.1 单片机介绍 4
2.2 电子琴发声原理 7
2.3电子琴产生音频脉冲原理 8
3 系统设计 9
3.1系统总体设计 9
4 系统硬件设计 11
4.1系统的工作原理 11
4.2 系统硬件总体设计 11
4.3 矩阵键盘模块 12
4.4 LCD液晶显示模块 13
4.5扬声器模块 14
4.7 晶振电路模块 15
4.8 LED电路 16
5.1 系统主程序处理流程图 16
5.2 播放歌曲模式设计 17
5.3 音乐节拍的实现 18
5.4演奏模式设计 19
5.5 录音存储模式设计 20
6 仿真与调试 22
6.1 利用KEIL进行程序调试 22
6.3功能测试结果 24
6.4 实物成果演示 25
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
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1.1 研究背景和意义
随着时代的发展和人们生活水平的不断提高，在满足了物质需求的情况下越来越多的人开始追求精神的满足，而音乐是满足精神追求的最佳选择。因为音乐可以解除疲劳，让人得到放松，所以音乐爱好者越来越多，而学习各种乐器的人也越来越多。但是，就中国的国情来说，人们并没有时间和精力去学习难度较高、耗时较长的乐器，所以相比之下，80年代传入中国的电子琴就相对而言更加适合中国国情。电子琴是一种新型的键盘乐器,电子琴最大的特征是其音域宽广、音色优美、自动伴奏系统内容丰富,音乐表现力极强,音量的变化幅度较大,而且易于掌握,所以电子琴被人们广泛地接受和推崇[1]。电子琴使用的是钢琴谱，能够演奏出乐音的每一个部分。世界上的第一架电子琴是由美国发明家卡希尔于1904年发明的，重达200吨，但随着电子技术的飞速发展，电子琴不断更新和完善，电子琴的发展已经远远的超出了人们的想象，电子琴可以作为音乐领域中的高科技代表。
微型电子琴的实现是通过单片机自带的频率产生的，由于功能方面有着其他乐器无法比拟的出色效果，又因为微型电子琴造价低廉、功能强大，所以越来越多的人开始选择这种功能全面的新型乐器——微型电子琴。单片机微型计算机则具有性能好、价格低廉、体积小、应用范围广、安全性能好等特点，所以基于单片机设计出的电子琴体积小，功能全面且可扩展延伸，价格合理[2]。微小化的电子琴可以应用到各种小型物件中，例如可以应用于玩具琴、音乐盒中、儿童车里等中，使得人们的生活更加丰富多彩。
我之所以研究设计基于单片机的微型电子琴，目的在于我想要制作一种贴近人们生活的物品，在制作过程中将自己大学四年所学的理论知识与实践更好的结合起来。在研究设计微型电子琴的过程当中，我掌握了更多更全面的单片机的知识及其应用，并且在学习理解理论知识的同时锻炼提高了自己的动手实践能力。
1.2 电子琴的起源与发展现状
1.2.1 电子琴的起源
电子琴根据键盘形式的不同可以分为两种电子琴，一种是双排键电子琴，另一种是单排键电子琴。电子乐器的出现始于17世纪管风琴的流行，但由于管风琴是一种大型的键盘乐器，结构复杂，质地厚重，演奏条件受到场地和环境的限制，来回走动非常麻烦。为了使它变得小巧、方便搬动，美国发明家斯加西尔在20世纪发明了一种键盘乐器，它使用高压电流使振动器移动来获得音色，这就是现代电子琴的前身。紧接着，苏联人利昂特里尔发明了一种叫做“空中电琴”的很为独特的电子乐器。1930年，美国发明家L.哈蒙德发明了一种实用的机电式风琴——哈蒙德琴。它有两层61个手键盘和32个脚键盘，可以模拟20多个音色。它依赖于近91个多角钢音轮的电磁线圈来发送交流波，整理为正弦波合成音色。哈蒙德琴在1934年获得专利，并在1935年开始批量生产，仅1937年一年就售出了3000多台。然而，由于发声原理的问题，哈蒙德被称为第一个电风琴而不是电子琴。但是其形状和结构成为了双排键电子琴的开端。1939年开始，美国“艾伦风琴”在市场上销售，这种电琴也因为它轻便，实用，经济等特点优势占据了一定的市场。当美国人的哈蒙德电风琴在世界上盛行时,日本则在一旁静静地研究模仿的,随着新设备技术的发展,日本YAMAHA公司于1959年创建了世界上第一台双排键电子琴:D 1,并且使用Electone作为注册商标。D1实际上是哈蒙德的克隆，但因为采用了新的晶体管技术，内部电路和综合性能有了很大的提高。
30年代到50年代电子琴被发明，而直到60年代单排键电子琴才被发明。在20世纪80年代，也就是在中国正处于改革开放的时期，电子琴最早的进入我国，在当时的时代大背景之下，各种不同的电子产品纷纷地涌入我国，因为电子琴拥有美丽的音色,独特的功能和巨大的兼容性所以迅速被人们接受喜爱,并成为一个时尚的音乐艺术活动乐器。王立平先生是我国第一个应用双排键盘音电子琴音乐伴奏的人，如人们耳熟能详的《潜海姑娘》与《太阳岛上》这两首歌曲，里面神话般的音乐伴奏声音都来自于双排键电子琴[3]。
1.2.2 微型电子琴的发展现状
电子琴的技术经过这将近几十年的发展已经相对来说趋于成熟,并且已经达到了一个新的阶段,随着科学技术的不断创新和发展，以及人们对乐器的需求的不断提升,市场上出现的各种不同功能的乐器，微型电子琴也就此诞生。微型电子琴的原理是通过单片机的自带频率产生与音阶相对应的频率。因为它的功能相对于其他乐器要强大很多，而且简单易学，所以越来越多的人开始选择功能齐全的微型电子琴作为自己想要学习的乐器。其中电子琴的一个主要的发展方向就是将电子琴微小化、迷你化。微小化后的电子琴可以应用到各种小型的工艺品、儿童玩具、音乐盒等产品中，可以让人们的生活变得更加的丰富多彩[4]。
目 录
1 绪论 2
1.1 研究背景和意义 2
1.2 电子琴的起源与发展现状 3
1.3 本课题的主要研究内容 4
2 微型电子琴原理及硬件需求 4
2.1 单片机介绍 4
2.2 电子琴发声原理 7
2.3电子琴产生音频脉冲原理 8
3 系统设计 9
3.1系统总体设计 9
4 系统硬件设计 11
4.1系统的工作原理 11
4.2 系统硬件总体设计 11
4.3 矩阵键盘模块 12
4.4 LCD液晶显示模块 13
4.5扬声器模块 14
4.7 晶振电路模块 15
4.8 LED电路 16
5.1 系统主程序处理流程图 16
5.2 播放歌曲模式设计 17
5.3 音乐节拍的实现 18
5.4演奏模式设计 19
5.5 录音存储模式设计 20
6 仿真与调试 22
6.1 利用KEIL进行程序调试 22
6.3功能测试结果 24
6.4 实物成果演示 25
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1.1 研究背景和意义
随着时代的发展和人们生活水平的不断提高，在满足了物质需求的情况下越来越多的人开始追求精神的满足，而音乐是满足精神追求的最佳选择。因为音乐可以解除疲劳，让人得到放松，所以音乐爱好者越来越多，而学习各种乐器的人也越来越多。但是，就中国的国情来说，人们并没有时间和精力去学习难度较高、耗时较长的乐器，所以相比之下，80年代传入中国的电子琴就相对而言更加适合中国国情。电子琴是一种新型的键盘乐器,电子琴最大的特征是其音域宽广、音色优美、自动伴奏系统内容丰富,音乐表现力极强,音量的变化幅度较大,而且易于掌握,所以电子琴被人们广泛地接受和推崇[1]。电子琴使用的是钢琴谱，能够演奏出乐音的每一个部分。世界上的第一架电子琴是由美国发明家卡希尔于1904年发明的，重达200吨，但随着电子技术的飞速发展，电子琴不断更新和完善，电子琴的发展已经远远的超出了人们的想象，电子琴可以作为音乐领域中的高科技代表。
微型电子琴的实现是通过单片机自带的频率产生的，由于功能方面有着其他乐器无法比拟的出色效果，又因为微型电子琴造价低廉、功能强大，所以越来越多的人开始选择这种功能全面的新型乐器——微型电子琴。单片机微型计算机则具有性能好、价格低廉、体积小、应用范围广、安全性能好等特点，所以基于单片机设计出的电子琴体积小，功能全面且可扩展延伸，价格合理[2]。微小化的电子琴可以应用到各种小型物件中，例如可以应用于玩具琴、音乐盒中、儿童车里等中，使得人们的生活更加丰富多彩。
我之所以研究设计基于单片机的微型电子琴，目的在于我想要制作一种贴近人们生活的物品，在制作过程中将自己大学四年所学的理论知识与实践更好的结合起来。在研究设计微型电子琴的过程当中，我掌握了更多更全面的单片机的知识及其应用，并且在学习理解理论知识的同时锻炼提高了自己的动手实践能力。
1.2 电子琴的起源与发展现状
1.2.1 电子琴的起源
电子琴根据键盘形式的不同可以分为两种电子琴，一种是双排键电子琴，另一种是单排键电子琴。电子乐器的出现始于17世纪管风琴的流行，但由于管风琴是一种大型的键盘乐器，结构复杂，质地厚重，演奏条件受到场地和环境的限制，来回走动非常麻烦。为了使它变得小巧、方便搬动，美国发明家斯加西尔在20世纪发明了一种键盘乐器，它使用高压电流使振动器移动来获得音色，这就是现代电子琴的前身。紧接着，苏联人利昂特里尔发明了一种叫做“空中电琴”的很为独特的电子乐器。1930年，美国发明家L.哈蒙德发明了一种实用的机电式风琴——哈蒙德琴。它有两层61个手键盘和32个脚键盘，可以模拟20多个音色。它依赖于近91个多角钢音轮的电磁线圈来发送交流波，整理为正弦波合成音色。哈蒙德琴在1934年获得专利，并在1935年开始批量生产，仅1937年一年就售出了3000多台。然而，由于发声原理的问题，哈蒙德被称为第一个电风琴而不是电子琴。但是其形状和结构成为了双排键电子琴的开端。1939年开始，美国“艾伦风琴”在市场上销售，这种电琴也因为它轻便，实用，经济等特点优势占据了一定的市场。当美国人的哈蒙德电风琴在世界上盛行时,日本则在一旁静静地研究模仿的,随着新设备技术的发展,日本YAMAHA公司于1959年创建了世界上第一台双排键电子琴:D 1,并且使用Electone作为注册商标。D1实际上是哈蒙德的克隆，但因为采用了新的晶体管技术，内部电路和综合性能有了很大的提高。
30年代到50年代电子琴被发明，而直到60年代单排键电子琴才被发明。在20世纪80年代，也就是在中国正处于改革开放的时期，电子琴最早的进入我国，在当时的时代大背景之下，各种不同的电子产品纷纷地涌入我国，因为电子琴拥有美丽的音色,独特的功能和巨大的兼容性所以迅速被人们接受喜爱,并成为一个时尚的音乐艺术活动乐器。王立平先生是我国第一个应用双排键盘音电子琴音乐伴奏的人，如人们耳熟能详的《潜海姑娘》与《太阳岛上》这两首歌曲，里面神话般的音乐伴奏声音都来自于双排键电子琴[3]。
1.2.2 微型电子琴的发展现状
电子琴的技术经过这将近几十年的发展已经相对来说趋于成熟,并且已经达到了一个新的阶段,随着科学技术的不断创新和发展，以及人们对乐器的需求的不断提升,市场上出现的各种不同功能的乐器，微型电子琴也就此诞生。微型电子琴的原理是通过单片机的自带频率产生与音阶相对应的频率。因为它的功能相对于其他乐器要强大很多，而且简单易学，所以越来越多的人开始选择功能齐全的微型电子琴作为自己想要学习的乐器。其中电子琴的一个主要的发展方向就是将电子琴微小化、迷你化。微小化后的电子琴可以应用到各种小型的工艺品、儿童玩具、音乐盒等产品中，可以让人们的生活变得更加的丰富多彩[4]。
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