钢琴自动调音装置的设计与研究（软件设计）
钢琴自动调音装置的设计与研究（软件设计）[20191213110315]
摘 要
随着经济发展，人们生活水平的提高，钢琴的普及范围越来越广，人们对演奏的要求也不断提高。在钢琴演奏或者练习中，未调或者未调准的钢琴噪音对人身体将产生不同程度的危害，因此，钢琴每年需要调律及机械整理1－2次。然而随着钢琴调音需求的增大以及钢琴调律师的紧缺，请专业调音师调律动辄几百元钱，价格不菲，维护成本昂贵[1]，因此目前市面上也开始兴起钢琴自动调音的研究。本课题正是在这种背景下产生的，本文介绍了钢琴自动调音系统的一种实现方法。
本系统由检测部分、执行部分组成。检测部分采集琴键信号，并通过A/D转换、整形、放大、数字滤波、计算得出琴键发音频率，并通过液晶NOKIA 5110显示标准频率与测得频率。执行部分由步进电机及驱动组成，主要是根据测得频率与标准频率之间的偏差，自动控制电机正反转，调节钢琴调音钉实现调音。为了增强系统适用性，最大化利用液晶，系统增加了时钟功能，显示年月日、时分秒。此外，可以通过按键实现整个系统模式设置、时钟设置、提示音设置、背光调节等功能。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:钢琴调音、信号采集、数字滤波、电子时钟、步进电机
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1钢琴的发展及普及 1
1.2课题来源及意义 1
1.2.1钢琴发音的基本原理 1
1.2.2钢琴调音的重要性 2
1.2.3钢琴调音的方法 2
1.2.4 课题主要工作 3
第2章 钢琴自动调音系统总体设计 5
2.1硬件部分 5
2.1.1单片机选择 5
2.1.2硬件部分整体规划 6
2.2软件部分 7
第3章 采集模块 7
3.1 频率测量 8
3.2 滤波 9
3.2.1滤波分类 9
3.2.2软件滤波方案选择 10
3.3 蜂鸣器模块设计 14
第4章 控制模块 15
4.1 时钟模块 15
4.1.1时钟模块总体规划 15
4.1.2 DS1302简介 15
4.1.3 DS1302的操作 16
4.2 显示模块 18
4.2.1 LCD NOKIA 5110简介 18
4.2.3 操作菜单设计 23
4.3 键盘模块 24
4.3.1常见行列式键盘 24
4.3.2独立式键盘 25
第5章 执行模块 26
5.1 步进电机简介 26
5.2 TB6560AHQ驱动芯片程序设计 26
5.2.1 TB6560AHQ简介 26
5.2.2 TB6560AHQ软件设计 27
第6章 系统测试 29
6.1 软件介绍 29
6.1.1 IAR Embedded Workbench 29
6.1.2 PCtoLCD2002 31
6.2 调试问题与解决 34
第7章 总结与展望 36
参考文献 37
附录 40
一、液晶菜单效果图 40
二、部分程序 41
（一）、液晶菜单程序 41
（二）、主程序 43
第1章 绪论
1.1钢琴的发展及普及
钢琴：是源自西洋古典音乐中的一种键盘乐器，由金属弦音板和88个琴键组成，普遍用于独奏、重奏、伴奏等演出，作曲和排演音乐非常便当。弹奏者经过按下键盘上的琴键，牵动钢琴里面包着绒毡的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音。从十八世纪末以来，在欧洲及美国，钢琴一直是最主要的家庭键盘乐器。钢琴发源于欧洲，十八世纪初，意大利人克里斯多佛利(Bartolommeo Cristofori）发明的一种类似现代钢琴的键盘式乐器。至今已有三百多年的历史。钢琴被称为“乐器之王”， 钢琴之所以成为乐器大家族中的“王者”，是人类的精神文明及科技文明的发展所赋予它的，钢琴作为乐器的出现，是人类社会生活的需求，钢琴的发展更从一个侧面反映了人类社会精神生活不断发展的状态。钢琴作为物质基础，为音乐家的创作提供了条件，音乐家创造发展的钢琴文化又促进钢琴结构功能的进一步成熟。
古往今来，优秀的钢琴家不计其数，就国外而言，有贝多芬、巴赫、肖邦、柴科夫斯基、莫扎特等，就国内而言，目前朗朗、李云迪中外驰名，早期还有孔祥东、傅聪等。目前国内学习钢琴的人越来越多，一方面或许是因为钢琴能够陶冶情操，一方面或许是因为学习者对钢琴有着浓厚的兴趣，期盼自己也如演奏家一样在键盘上奏出如行云流水般的音符。随之而来的，钢琴的维修与保护也越来越受人重视，更多的钢琴学习者开始研究钢琴调音与维护的课题中来。
1.2课题来源及意义
1.2.1钢琴发音的基本原理
钢琴发音是靠人体及上肢各部分肌肉和关节的整体运动及击发动作，利用杠杆原理，由手指击发琴键，琴键作用于击弦机并通过毛毡包裹的小锤敲击琴弦，使琴弦发生充分振动，再经由琴码传递，引起音板和共鸣腔体内空气的振动，产生声波对流和音响共鸣，主要通过音板扩大音量。所以，钢琴琴弦的振动就决定着琴音的高低[2]。
如下图1.1，可以清楚的显示钢琴内部构造，有利于对钢琴发音的理解。
图1.1 钢琴构造概图
1.2.2钢琴调音的重要性
随着经济的发展，人们生活水平不断提高，对钢琴演奏的要求也越来越高了。然而大多数人对钢琴演奏或者练习中，未调或者未调准的钢琴噪音认识和识别不够，也不能充分认识到调音的重要性。事实上，很少有人能注意到音高不准的94dB左右的钢琴噪声对人身体产生的危害。
钢琴总体有二百多根琴弦，其中每根琴弦所承受的张力约90公斤，经过一段时间的弹奏振动和受温湿度变化的影响，张力会下降，影响音准，即常说的“变音”。这样势必会影响到人们听觉感受。尤其初学儿童，需要一开始就建立一个良好的固定音准概念。在不准的钢琴上弹奏和欣赏音乐、弹奏不协和音调时，当琴声停止后，耳朵总是嗡嗡作响，甚至有可能听不清说话的声音，要过一会儿才能恢复。这种现象就叫做听觉疲劳。这是人体的听觉器官对外界和环境影响的一种短暂性保护反应，产生的暂时糖皮质激素抗体，但是这只能持续几秒钟的免疫能力。人们在超过法定的噪声下作用的时间越长，个人耐力就越小，那么对人体的危害就越严重[3]。
因此，钢琴每年需要调律及机械整理1－2次。然而因为钢琴的较为复杂的机械构造，以及一般人对音律的识别度不甚敏感，钢琴调音时一项非常专业的工作，一般需要请专业的钢琴调律师。
1.2.3钢琴调音的方法
调律师调音一度根据个人的调音经验使用调律扳手(调律扳手实物图如图1-2所示)旋转调音扳手来调整琴弦的松紧，从而达到调音的目的。将两根或三根其中任一条弦调到与另一条或其他两弦发音频率都一样，如不同弹键时留心听两条或三条弦发出的声音，它们在同时响起的时候是“波音”，这就是噪音。
如将调音扳手向前（向上）或者向后（向下）移动就能感觉琴音是成波浪形向前（向上）推进的，在两条或者三条弦发音频率相距甚远时，“波形”既多又快；在两条或三条弦发音频率接近时，“波”音减少且慢；在两条或三条弦发音频频率一致时，听不见“波”音，此时音是成“直”线向前（向上）推进的，两条琴弦发音频率一致，这时弦已调准就是乐音了[4]。如图1.2为调音扳手实物图，图1.3为用调音扳手调音示意图。
图1.2 调音扳手 图1.3 调音示意图
但是随着钢琴调音需求的增大以及钢琴调律师的紧缺，请专业调音师调率动辄几百元钱，价格不菲，维护成本昂贵。因此目前市面上也开始兴起钢琴自动调音的研究，将以往依赖于调音师经验辨音调节转变为依赖电子产品精确测试频率，并对照标准频率表，用户自己调频。这也是本次毕业设计课题的来源，旨在促进解决广大钢琴使用者的调音问题。
1.2.4 课题主要工作
在本人的本科毕业设计过程中，针对目前市场中钢琴调音主要依靠钢琴调音师的经验进行人工调音，调音效果因人而异。为了减少钢琴调音的偶然性，将依赖于调音师经验辨音调节转变为依赖电子产品精确测试频率[5]，本人主要完成了一下工作：
1、 了解钢琴的基本构造及发音原理
2、 了解钢琴调音的重要性及目前钢琴调音的市场状况
3、 协同组员设计钢琴自动调音系统的整体框架
4、 学习MSP430F149单片机视频教程，了解相关寄存器的设置及使用方法
5、 学习LCD NOKIA 5110 的工作原理，实现对LCD NOKIA 5110的驱动方法
6、 学习时钟芯片DS1302的工作原理，实现对DS1302的驱动方法
7、 学习步进电机的工作的工作原理，实现对两相四线步进电机的42HS4013A4的驱动
8、 了解了滤波的基本实现方法，着重学习了数字滤波的算法，并设计了三重滤波方案
9、 设计了菜单和按键，实现了友好的人机交互功能
在本论文的撰写过程中，第二章为系统整体设计规划，随后根据系统功能分成三个大模块，分别为采集模块、控制模块、执行模块，安排在论文第三章、第四章、第五章论述，第六章为调试问题及解决，着重展示了在系统调试过程中遇到的问题及解决方案或改进办法，第七章为总结与展望，着重对系统有待完善的地方提出了设想，最后为致谢，参考文献，附录部分为液晶的效果显示图、英文文献、英文文献中文翻译以及部分程序。
第2章 钢琴自动调音系统总体设计
本系统的实现包括硬件部分与软件部分，硬件部分主要工作包括应用Protus进行软件仿真，应用Protel 进行原理图设计及PCB板制作；软件部分主要工作为在IAR Embedded Workbench软件上用C语言实现单片机MSP430的软件设计。
2.1硬件部分
2.1.1单片机选择
本系统主要由检测和执行两个部分组成，检测部分对钢琴频率进行采集以及数据处理，主要由信号采集与处理、液晶显示、键盘输入、时钟、声音提示几个模块组成；执行部分主要根据测得频率与标准频率之间的偏差使用步进电机旋转调音钉进行调音，主要由步进电机驱动和步进电机两个模块组成。本系统设计过程中，需要一款单片机进行数据处理，实现核心控制。
方案一：采用AT89C52单片机
特点：AT89C52是一个低电压、高性能的CMOS单片机，片内含8k字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器，256字节 随机存取数据存储器（RAM），32个双向I/O口，3个 16位定时器/计数器，2个外部中断源等，同时有低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠的唤醒功能。
方案二：采用MSP430F149单片机
特点：MSP430F149是一款16位超低功耗单片机，有着丰富的I/O口设备，强大的处理能力，单周期指令周期，并且自带硬件乘法器。同时该款芯片集中了丰富的片内外设模块，若干不同外围模块的不同组合可以实现许多功能，比如看门狗可以使程序失控时迅速复位，16为定时器具有捕获/比较功能，可用于事件计数、时序发生、PWM等；具有较多的I/O端口，为功能扩展提供了极大的方便[6]。
方案比较：从产生控制步进电机的PWM看，51系列单片机需要通过定时器来设置，MSP430能直接通过设置寄存器产生PWM波；从Flash存储空间方面来看，AT89S52的Flash存储空间仅为8K，在进行数字滤波算法及液晶的菜单设置中则会受到较多限制，而MSP430F149的60KB+256字节的Flash存储空间在进行数字滤波算法及液晶的菜单设置的一系列操作中优势明显 。
因此，本系统设计中选择MSP430单片机实现核心控制功能。
2.1.2硬件部分整体规划
本系统整体设计思路为：检测部分使用驻极话筒对钢琴的声音进行采集，处理得到单片机可以捕获到的方波，MSP430F149单片机通过捕获中断的捕获功能和定时器功能测得方波的周期，将获得的周期进行数字滤波处理后转换为频率，并在NOKIA 5110液晶上显示。根据测得的频率与钢琴的标准频率的差值通过执行部分步进电机驱动模块控制步进电机进行调音，直到调到标准频率为止以达到调音的目的。与此同时，单片机通过不停的读取DS1302时钟芯片中的时间，并显示在NOKIA 5110液晶上，并且可以通过按键对工作模式、时钟、背光、提示音相关参数进行设定。系统整体设计机构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体设计框架图
2.2软件部分
本系统涉及的编程工作主要包括DS1302程序设计、NOKIA 5110程序设计、滤波算法设计、TB6560驱动芯片程序设计、液晶菜单程序设计。系统的软件流程图如图2.2所示。
第3章 采集模块
采集模块是本系统所有功能实现的前提和基础，主要包括采集信号和信号处理两个部分。采集模块的检测部分使用驻极话筒对钢琴的声音进行采集，将检测到的微弱电信号通过放大模块进行放大并进行滤波，得到近似的正弦波送入整形模块中得到单片机可以捕获到的方波，MSP430F149单片机通过捕获中断捕获功能和定时器功能测得方波的周期，将获得的周期进行数字滤波处理后转换为频率[7][8]，并在Nokia5110液晶上显示信号。在本模块的实现过程中，重点涉及两个过程：测频和滤波。
摘 要
随着经济发展，人们生活水平的提高，钢琴的普及范围越来越广，人们对演奏的要求也不断提高。在钢琴演奏或者练习中，未调或者未调准的钢琴噪音对人身体将产生不同程度的危害，因此，钢琴每年需要调律及机械整理1－2次。然而随着钢琴调音需求的增大以及钢琴调律师的紧缺，请专业调音师调律动辄几百元钱，价格不菲，维护成本昂贵[1]，因此目前市面上也开始兴起钢琴自动调音的研究。本课题正是在这种背景下产生的，本文介绍了钢琴自动调音系统的一种实现方法。
本系统由检测部分、执行部分组成。检测部分采集琴键信号，并通过A/D转换、整形、放大、数字滤波、计算得出琴键发音频率，并通过液晶NOKIA 5110显示标准频率与测得频率。执行部分由步进电机及驱动组成，主要是根据测得频率与标准频率之间的偏差，自动控制电机正反转，调节钢琴调音钉实现调音。为了增强系统适用性，最大化利用液晶，系统增加了时钟功能，显示年月日、时分秒。此外，可以通过按键实现整个系统模式设置、时钟设置、提示音设置、背光调节等功能。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:钢琴调音、信号采集、数字滤波、电子时钟、步进电机
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1钢琴的发展及普及 1
1.2课题来源及意义 1
1.2.1钢琴发音的基本原理 1
1.2.2钢琴调音的重要性 2
1.2.3钢琴调音的方法 2
1.2.4 课题主要工作 3
第2章 钢琴自动调音系统总体设计 5
2.1硬件部分 5
2.1.1单片机选择 5
2.1.2硬件部分整体规划 6
2.2软件部分 7
第3章 采集模块 7
3.1 频率测量 8
3.2 滤波 9
3.2.1滤波分类 9
3.2.2软件滤波方案选择 10
3.3 蜂鸣器模块设计 14
第4章 控制模块 15
4.1 时钟模块 15
4.1.1时钟模块总体规划 15
4.1.2 DS1302简介 15
4.1.3 DS1302的操作 16
4.2 显示模块 18
4.2.1 LCD NOKIA 5110简介 18
4.2.3 操作菜单设计 23
4.3 键盘模块 24
4.3.1常见行列式键盘 24
4.3.2独立式键盘 25
第5章 执行模块 26
5.1 步进电机简介 26
5.2 TB6560AHQ驱动芯片程序设计 26
5.2.1 TB6560AHQ简介 26
5.2.2 TB6560AHQ软件设计 27
第6章 系统测试 29
6.1 软件介绍 29
6.1.1 IAR Embedded Workbench 29
6.1.2 PCtoLCD2002 31
6.2 调试问题与解决 34
第7章 总结与展望 36
参考文献 37
附录 40
一、液晶菜单效果图 40
二、部分程序 41
（一）、液晶菜单程序 41
（二）、主程序 43
第1章 绪论
1.1钢琴的发展及普及
钢琴：是源自西洋古典音乐中的一种键盘乐器，由金属弦音板和88个琴键组成，普遍用于独奏、重奏、伴奏等演出，作曲和排演音乐非常便当。弹奏者经过按下键盘上的琴键，牵动钢琴里面包着绒毡的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音。从十八世纪末以来，在欧洲及美国，钢琴一直是最主要的家庭键盘乐器。钢琴发源于欧洲，十八世纪初，意大利人克里斯多佛利(Bartolommeo Cristofori）发明的一种类似现代钢琴的键盘式乐器。至今已有三百多年的历史。钢琴被称为“乐器之王”， 钢琴之所以成为乐器大家族中的“王者”，是人类的精神文明及科技文明的发展所赋予它的，钢琴作为乐器的出现，是人类社会生活的需求，钢琴的发展更从一个侧面反映了人类社会精神生活不断发展的状态。钢琴作为物质基础，为音乐家的创作提供了条件，音乐家创造发展的钢琴文化又促进钢琴结构功能的进一步成熟。
古往今来，优秀的钢琴家不计其数，就国外而言，有贝多芬、巴赫、肖邦、柴科夫斯基、莫扎特等，就国内而言，目前朗朗、李云迪中外驰名，早期还有孔祥东、傅聪等。目前国内学习钢琴的人越来越多，一方面或许是因为钢琴能够陶冶情操，一方面或许是因为学习者对钢琴有着浓厚的兴趣，期盼自己也如演奏家一样在键盘上奏出如行云流水般的音符。随之而来的，钢琴的维修与保护也越来越受人重视，更多的钢琴学习者开始研究钢琴调音与维护的课题中来。
1.2课题来源及意义
1.2.1钢琴发音的基本原理
钢琴发音是靠人体及上肢各部分肌肉和关节的整体运动及击发动作，利用杠杆原理，由手指击发琴键，琴键作用于击弦机并通过毛毡包裹的小锤敲击琴弦，使琴弦发生充分振动，再经由琴码传递，引起音板和共鸣腔体内空气的振动，产生声波对流和音响共鸣，主要通过音板扩大音量。所以，钢琴琴弦的振动就决定着琴音的高低[2]。
如下图1.1，可以清楚的显示钢琴内部构造，有利于对钢琴发音的理解。
图1.1 钢琴构造概图
1.2.2钢琴调音的重要性
随着经济的发展，人们生活水平不断提高，对钢琴演奏的要求也越来越高了。然而大多数人对钢琴演奏或者练习中，未调或者未调准的钢琴噪音认识和识别不够，也不能充分认识到调音的重要性。事实上，很少有人能注意到音高不准的94dB左右的钢琴噪声对人身体产生的危害。
钢琴总体有二百多根琴弦，其中每根琴弦所承受的张力约90公斤，经过一段时间的弹奏振动和受温湿度变化的影响，张力会下降，影响音准，即常说的“变音”。这样势必会影响到人们听觉感受。尤其初学儿童，需要一开始就建立一个良好的固定音准概念。在不准的钢琴上弹奏和欣赏音乐、弹奏不协和音调时，当琴声停止后，耳朵总是嗡嗡作响，甚至有可能听不清说话的声音，要过一会儿才能恢复。这种现象就叫做听觉疲劳。这是人体的听觉器官对外界和环境影响的一种短暂性保护反应，产生的暂时糖皮质激素抗体，但是这只能持续几秒钟的免疫能力。人们在超过法定的噪声下作用的时间越长，个人耐力就越小，那么对人体的危害就越严重[3]。
因此，钢琴每年需要调律及机械整理1－2次。然而因为钢琴的较为复杂的机械构造，以及一般人对音律的识别度不甚敏感，钢琴调音时一项非常专业的工作，一般需要请专业的钢琴调律师。
1.2.3钢琴调音的方法
调律师调音一度根据个人的调音经验使用调律扳手(调律扳手实物图如图1-2所示)旋转调音扳手来调整琴弦的松紧，从而达到调音的目的。将两根或三根其中任一条弦调到与另一条或其他两弦发音频率都一样，如不同弹键时留心听两条或三条弦发出的声音，它们在同时响起的时候是“波音”，这就是噪音。
如将调音扳手向前（向上）或者向后（向下）移动就能感觉琴音是成波浪形向前（向上）推进的，在两条或者三条弦发音频率相距甚远时，“波形”既多又快；在两条或三条弦发音频率接近时，“波”音减少且慢；在两条或三条弦发音频频率一致时，听不见“波”音，此时音是成“直”线向前（向上）推进的，两条琴弦发音频率一致，这时弦已调准就是乐音了[4]。如图1.2为调音扳手实物图，图1.3为用调音扳手调音示意图。
图1.2 调音扳手 图1.3 调音示意图
但是随着钢琴调音需求的增大以及钢琴调律师的紧缺，请专业调音师调率动辄几百元钱，价格不菲，维护成本昂贵。因此目前市面上也开始兴起钢琴自动调音的研究，将以往依赖于调音师经验辨音调节转变为依赖电子产品精确测试频率，并对照标准频率表，用户自己调频。这也是本次毕业设计课题的来源，旨在促进解决广大钢琴使用者的调音问题。
1.2.4 课题主要工作
在本人的本科毕业设计过程中，针对目前市场中钢琴调音主要依靠钢琴调音师的经验进行人工调音，调音效果因人而异。为了减少钢琴调音的偶然性，将依赖于调音师经验辨音调节转变为依赖电子产品精确测试频率[5]，本人主要完成了一下工作：
1、 了解钢琴的基本构造及发音原理
2、 了解钢琴调音的重要性及目前钢琴调音的市场状况
3、 协同组员设计钢琴自动调音系统的整体框架
4、 学习MSP430F149单片机视频教程，了解相关寄存器的设置及使用方法
5、 学习LCD NOKIA 5110 的工作原理，实现对LCD NOKIA 5110的驱动方法
6、 学习时钟芯片DS1302的工作原理，实现对DS1302的驱动方法
7、 学习步进电机的工作的工作原理，实现对两相四线步进电机的42HS4013A4的驱动
8、 了解了滤波的基本实现方法，着重学习了数字滤波的算法，并设计了三重滤波方案
9、 设计了菜单和按键，实现了友好的人机交互功能
在本论文的撰写过程中，第二章为系统整体设计规划，随后根据系统功能分成三个大模块，分别为采集模块、控制模块、执行模块，安排在论文第三章、第四章、第五章论述，第六章为调试问题及解决，着重展示了在系统调试过程中遇到的问题及解决方案或改进办法，第七章为总结与展望，着重对系统有待完善的地方提出了设想，最后为致谢，参考文献，附录部分为液晶的效果显示图、英文文献、英文文献中文翻译以及部分程序。
第2章 钢琴自动调音系统总体设计
本系统的实现包括硬件部分与软件部分，硬件部分主要工作包括应用Protus进行软件仿真，应用Protel 进行原理图设计及PCB板制作；软件部分主要工作为在IAR Embedded Workbench软件上用C语言实现单片机MSP430的软件设计。
2.1硬件部分
2.1.1单片机选择
本系统主要由检测和执行两个部分组成，检测部分对钢琴频率进行采集以及数据处理，主要由信号采集与处理、液晶显示、键盘输入、时钟、声音提示几个模块组成；执行部分主要根据测得频率与标准频率之间的偏差使用步进电机旋转调音钉进行调音，主要由步进电机驱动和步进电机两个模块组成。本系统设计过程中，需要一款单片机进行数据处理，实现核心控制。
方案一：采用AT89C52单片机
特点：AT89C52是一个低电压、高性能的CMOS单片机，片内含8k字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器，256字节 随机存取数据存储器（RAM），32个双向I/O口，3个 16位定时器/计数器，2个外部中断源等，同时有低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠的唤醒功能。
方案二：采用MSP430F149单片机
特点：MSP430F149是一款16位超低功耗单片机，有着丰富的I/O口设备，强大的处理能力，单周期指令周期，并且自带硬件乘法器。同时该款芯片集中了丰富的片内外设模块，若干不同外围模块的不同组合可以实现许多功能，比如看门狗可以使程序失控时迅速复位，16为定时器具有捕获/比较功能，可用于事件计数、时序发生、PWM等；具有较多的I/O端口，为功能扩展提供了极大的方便[6]。
方案比较：从产生控制步进电机的PWM看，51系列单片机需要通过定时器来设置，MSP430能直接通过设置寄存器产生PWM波；从Flash存储空间方面来看，AT89S52的Flash存储空间仅为8K，在进行数字滤波算法及液晶的菜单设置中则会受到较多限制，而MSP430F149的60KB+256字节的Flash存储空间在进行数字滤波算法及液晶的菜单设置的一系列操作中优势明显 。
因此，本系统设计中选择MSP430单片机实现核心控制功能。
2.1.2硬件部分整体规划
本系统整体设计思路为：检测部分使用驻极话筒对钢琴的声音进行采集，处理得到单片机可以捕获到的方波，MSP430F149单片机通过捕获中断的捕获功能和定时器功能测得方波的周期，将获得的周期进行数字滤波处理后转换为频率，并在NOKIA 5110液晶上显示。根据测得的频率与钢琴的标准频率的差值通过执行部分步进电机驱动模块控制步进电机进行调音，直到调到标准频率为止以达到调音的目的。与此同时，单片机通过不停的读取DS1302时钟芯片中的时间，并显示在NOKIA 5110液晶上，并且可以通过按键对工作模式、时钟、背光、提示音相关参数进行设定。系统整体设计机构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体设计框架图
2.2软件部分
本系统涉及的编程工作主要包括DS1302程序设计、NOKIA 5110程序设计、滤波算法设计、TB6560驱动芯片程序设计、液晶菜单程序设计。系统的软件流程图如图2.2所示。
第3章 采集模块
采集模块是本系统所有功能实现的前提和基础，主要包括采集信号和信号处理两个部分。采集模块的检测部分使用驻极话筒对钢琴的声音进行采集，将检测到的微弱电信号通过放大模块进行放大并进行滤波，得到近似的正弦波送入整形模块中得到单片机可以捕获到的方波，MSP430F149单片机通过捕获中断捕获功能和定时器功能测得方波的周期，将获得的周期进行数字滤波处理后转换为频率[7][8]，并在Nokia5110液晶上显示信号。在本模块的实现过程中，重点涉及两个过程：测频和滤波。
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