基于单片机的微型电子琴研究与设计

绪论
基于单片机的微型电子琴研究与设计 1 绪论
1.1 研究背景
电子琴是现代电子科学技术发展中产物。电子琴属于键盘乐器的一种，电子 琴又被称之为“电子风琴”，是世界上电子乐器之一。世界上的第一架电子琴是由 美国的发明家卡希尔在 1904 年时制造出来，重达将近 200 吨之多。但随着电子 技术的飞速的发展，电子琴也在不断地更新换代，也在不断进步。 特别的情况 是，随着科学技术的不断发展，电子琴的飞速发展超出了人们的想象，以数字技 术为代表， 大规模的集成电路出现改变了现状。不仅不同种类乐器的音色能够模 仿，就连许多未曾听过的声音也能表达出来。 美国、 德国电子琴制造商进行各种各样的试验，最重要和最知名的电子琴是 哈蒙德风琴、 有两层手键盘和一套脚键盘， 它在某种程度上可模仿小提琴、 长笛、 双簧管、打击乐器等不同乐器。在 20 世纪 60 年代之初，电子琴制造商改进了造 琴工艺水平，先后用晶体管和集成电路代替电子管，使得电子琴日趋小型化。家 用电子琴具有了自动打击乐节奏、 自动配置和声及分解和弦伴奏以及人工音响等 不同功能。 到了 20 世纪 70 年代中期， 大规的模集成电路出现和电子计算机的广泛使用， 使电子琴变得更小型化和多功能化。此时电子琴的工作原理变为:采用固体电路， 依靠电子振荡器发声， 将电子音源产生的波型经频谱合成及滤波电路形成多种不 同音色[6]，再经音型电路(包括产生器)形成吹、拉、弹的演奏效果。电子琴形制 不统一，有一排键盘、两排键盘、三排键盘等几种样式，其声音组合、音彩变化 有不少差异。队中经常用两排键盘电子琴。电子琴使用钢琴谱，声音优美、宏亮 演奏技巧灵活，音域宽广，力度变化幅度较大，可演奏乐队各个声部。当然，微 型电子琴表现出来的片面性也是非常清楚的，它的和声及旋律太协和、简便、音 量的变化太少，在仿效不同类型弦、管乐器的时候;音色的失真比较严重。仿效 提琴的时候音色逼真程度不够，所以不能替代其它乐器。 随着科技的日新月异的变化，电子琴也变得越发与众不同。它有着其他乐器 不可取代的地方。 普通的电子乐器只是简单地加入传感器等元器件，比如说电子 吉他， 电贝司等。 电子琴是应用现代电子振荡技术和现代控制技术的电振荡乐器。 电子琴与传统乐器的根本区别在于音源不同。 传统乐器的音源是由机械振动产生
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的，如:弦的振动，空气柱的振动，膜的振动等。电子琴的声音的来源是出自于 电震荡。电子琴的奇妙产生也是受益于科学技术的先进发展 --计算机技术的出 现。最重要的是：第一对于传统的音乐器材来说是质的飞跃。第二，由于成本控 制使得电子元件使用量降低， 更加凸显其性价比。 第三。 增加了可靠性、 稳定性， 延长了使用寿命;第四，丰富了电子琴的演奏功能。由于计算机技术的应用，才 使电子琴这一乐器为广大消费者所欢迎。 音乐在当时的普及使得它变得越来越大 众化，这不仅有助于陶冶人的性情，更无形中推动了其发展[3]。 我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼单片机的功能十分的强大， 以其强悍的性能和方便的操作编程使得它变成人们心目中最为适合的元件。而 且，作为电子琴的最好的一部分，在当时看来也是一种无可匹敌的地位。 它在现代音乐扮演着重要的角色。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。对 于电子琴的各项功能的表现， 人们也是产生了浓厚的兴趣。其中具体表现在自动 播放功能的实现，对于音色的选择，声音大小的调节等。
1.2 国内外电子琴研究现状及发展趋势
目前市场上的电子琴产品林林总总，五花八门，从技术角度来看，国外产品 还是稍微处于领先地位。 YAMAHA 是当今国内电子琴市场的第一品牌，而 CASIO,KAWAI、JVC 等品牌始终处于配角地位。究其原因，YAMAHA 的技术 始终处于世界领先水平。 当美国人制造的哈蒙德电风琴在全世界风靡一时之际， 东方的日本却在默默 地进行模仿研究，籍着新器件技术的发展，日本 YAMAHA 公司于 1959 年制造 了世界上第一台双排键电子琴：D-1，并以 Electone 作为注册商标。D-1 实际上 是哈蒙德琴的翻版， 但由于采用先进的晶体管技术，内部电路和综合性能都有相 当的进步。后来更发展出 FS、ME、HS、EL 等众多系列，确立 YAMAHA 的双 排键电子琴霸主地位。电子琴与其他电子产品一样，总是跟随电子技术的革新而 换代的。 按音源发生原理分， 双排键电子琴发展可分为 4 个阶段 模拟音源时期。 二十世纪五、六十年代，电子元件正值电子管与晶体管的交替换代，双排键电子 琴音源普遍采用晶体管构成分立元件音源发生器，通过分频电路产生音阶，音色 也多是分立元件的模拟电路产生，以管乐音色为主，加以颤音的夸张修饰，可用 的声音效果也屈指可数， 总体听觉四不像， 电子味浓， 和弦伴奏也比较简单。 FM 音源的时期。七、八十年代，YAMAHA 公司发明了 FM(调频)音源技术，并迅速 应用到其电子琴和电子合成器产品上。由于它采用合成技术，甚至可以制造出自
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绪论
然界不存在的声音和效果。电子琴利用了更好的 FM 音源，使得其一跃成为最好 用的乐器，并且排除了各种可能出现的问题，像是音色模糊等。音乐的表现也是 十分强劲，变得更加明亮，清脆[4]。 这时期的双排键加入颤音敏感键盘， 声库存贮特性， 演奏更方便、 更具活力。 处于 PCM 的时期。大约在八十年代的中期，PCM 技术得到飞速发展，人们利用 PCM 技术对于纯真的音色经过技术处理，使得其变得成当时更为好的音响，也 同时褪去了人们所诟病的声音不柔软，不悦耳。 这种技术和 FM 技术的结合，创造了更贴近人们真实的生活环境的音色。这 时双排键普遍采用 FM 和 AWM(即 PCM 音源)双音源[1]，并增强了音色编辑和节 奏音序编程，引入了 MIDI 接口，和触键键盘技术。表演能力得到加强。 目前在国内现有的条件中， 对于电子琴的创造有许多的方法，并且运用各种 技术来对电子琴进行优化处理以及改进。对于本次设计来讲，设计的原则是多功 能的、 低成本的、 扩展性强的， 尽量采用成熟技术， 保证系统的稳定性和安全性。 因此， 设计技术己经比较成熟， 本次设计的目的是为了开发一种微型电子琴， 适用于一些玩具和小型物件之上，产生需要的音色效果。
1.3 本系统主要研究内容
作为现代科技发展的成果的体现，电子琴具有绝对的影响，作为一个时代的 代表， 它不仅是现代科技发展最直接的来源，更能说明当时人们对于音乐及美好 事物的喜欢和向往。正是这些的存在，极大的丰富了人们的生活。它在对教育事 业的贡献也是直接的体现， 特别是对于电子音乐的结构化，使得老师在利用音乐 进行教育时，能够更加的方便表达，也使得学生对音乐的兴趣变得更为浓厚。本 文主要是研究电子琴的原理，设计硬件电路和软件程序设计，调试等，主要有以 下几个方面： （1）关于单片机 AT89c51 的相关知识，以及电子琴的相关知识。 （2）电子琴的方案设计，通过不同的研究方法，选择合的设计方案。 （3）硬件电路设计。 （4）软件程序设计。
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微型电子琴的基本原理及需求分析
2.1 电子琴基本原理[2]
传统的乐器都靠的是以机械振动的方式产生， 但是电子琴的原理却是独树一 帜。 旧式的电子琴的合声以及模拟声音的方法是利用 FM 频率以及振荡器的特 点来实现，下图 1 为其运行的工作原理图：
图 1 老式电子琴原理框图
振荡器可以产生各种不同频率的振荡信号， 然后这些信号通过分频器分解成 不同的频率信号然后送到放大器，经过扬声器发出声音，但是其中需要借助键盘 的开关作用， 保证输出的音色是人们需要的。其中振荡器和分频器是整个老式电 子琴的关键，振荡器一般由 LC 电感的三点振荡的电路构成，而分频器是一个双 稳态电路， 需要说明的是电子琴都统一采用的是二分频电路，这时因为音乐中的 基本音阶的频率都是按照一定的规律排列的， 一个音的频率刚好是比它低八度的 频率的两倍， 因此只要把一个音的频率除以 2 就可以得到比它低八度的一个音的 频率。老式电子琴的缺点也是很明显的，由于需要硬件器材实现，这就对系统的 稳定性提出了更高的要求[5]。 现代电子琴的发展离不开 MID 工技术，可以通过发送音符的 MID 工命令， 使得声音经过合成器后发声， 与老式的电子琴通过振荡、分频发声式完全不同的
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技术。而现代电子琴的工作原理是使用 PCM 或 AWM 的采样音源的方式来模仿 传统乐器的音色，一般原理是采样录制乐器的声音[8]，然后将其数字化后的存在 ROM 中，然后按下键盘依靠 CPU 来回放该音，再加上滤波器和振荡器来制造和 编辑各种音色。基于单片机的 MIDI 工电子琴设计原理图如图 2 所示:
图 2 基于单片机的 MIDI 电子琴设计原理图
电子琴经过几十年的发展其技术己经相当成熟，己经到了一个崭新的阶段， 随着科学技术的不断创新和人们对乐器的需求， 市场上出现了各式的不同功能的 乐器，由于在原理上有相同的地方，通过技术手段，使得微型电子琴的诞生也变 得顺理成章。 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， 越来越多的人开始选择功能全面的微型电子 琴。 其中电子琴的微小化是一个主要的发展方向，微小化的电子琴可以应用到各 种小型儿童玩具、小型工艺等中，使得人们的生活更加丰富多彩。通过键盘控制 来实现声音的演奏，其主要原理可见图 3 所示：
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图 3 微型电子琴原理图
电子琴的设计以 AT89C51 单片机为核心控制元件，设计中应用中断系统和 定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程 序语言实现。 通过调试微型电子琴的核心模块，来使电子琴达到我们想要得到的 效果。 扬声器， 键盘等固件是重要的组成部分是通过软件的编写设计和硬件电路 来实现。最后通过不断地调试，运行达到可以实现不同的功能。它的特点是设计 思路简单、清晰,成本低。 单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。AT89C51 单片机设 计微型电子琴的方法，仅需 AT89C51 最小系统，扩展一组矩阵键盘，再接一组 发光二极管用来指示电子琴的工作状态[17]。 本系统可以分为两个部分，一个是音乐;另一个就是电子琴。 音乐播放部分：乐音实际上是有固定周期的信号。本文介绍用 AT89C51 的 两个定时器（如 T0，T1)控制，在 P3. 7 脚上输出方波周期信号，产生乐音，通 过矩阵键盘按键产生不同的音符， 由此操作人员可以随心所欲的弹奏自己所喜爱 的乐曲， 当不想弹奏时通过按放歌键可以演奏事先存放在单片机中的几首动听的 曲子供消遣。当歌曲演奏完时，通过按复位键便可回到初始状态，这样就做出了 一台微型电子琴。 由于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同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，乐曲中， 每一音符对应着确定的频率，我们将每一音符的时间常数和其相应 的节拍常数
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作为一组，按顺序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程 序依次取 出，产生音符并控制节奏，就可以实现演奏效果。根据单片机的功能特性，我们 利用它可以产生不同频率，通过计数器/定时功能从而得到方波信号。这就需要 我们把最重要的部分即音阶和频率一一对应。而对于实用部分，我们可以通过计 算处理后把不同按键的对应部分通过软件传达给微型电子琴的大脑， 再以指针的 形式表现出来即可得到我们想要的。
2.2 系统需求目标
2.2.1 主要芯片介绍[7] AT89C51 是一个低功耗的， 高性能的 CMOS 8 位单片机， 片内包含有 4k Bytes ISP 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 Flash 存储单元，功能强大的微型计算 机的 AT89c51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 电子元器件 AT89c51 的最大的特点是：拥有 16 位的可以编程的定时计数器 2 个，外部双向输出/输入口端 32 个，引脚 40 个，内程序储存器，全双工穿行通 信口 2 个，片内时钟振荡器，随机存取数据存储器[9]。 此外，AT89C51 的设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电 模式的。当机器停下的时候，中央处理器就会暂时的停止工作，但是随机存取存 储器的定时计数器， 外中断系统以及串行口可以继续工作，停止芯片直到硬件复 位直至外中断激活状态， 模式化掉电的冻结振荡器就保存随机存取存储器的数据 上。为了能够满足市场对产品的不同需求，设计了三种不同的封装形式，有 PLCC，PDIP 以及 TQFP。
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图 4 AT89C51 的引脚排列
2.2.2
主要的功能及特性[5]
（1）32 可编程 I/O 线； （2）4K 字节可编程闪存存储器；可编程串行通道； （3）寿命：1000 写/擦循环； （4）两个 16 位定时器/计数器； （5）全静态工作：0Hz-24MHz； （6）三级程序存储器锁定； （7）与 MCS-51 兼容； （8）128× 8 位内部 RAM； （9）数据保留时间：10 年； （10 低功耗的闲置和掉电模式； （11 可编程串行通道；4K 字节可编程闪存存储器； （12）5 个中断源； （13）片内振荡器和时钟电路。
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电子琴的基本原理及需求分析
本次设计主要针对玩具琴的、音乐转盘的以及音乐童车等，实现电子琴的微 型化， 因此对音色的要求不高， 设计中使用单片机控制的， 实现简单音乐的发声， 键盘采用 16 个的音节，用户可以通过键盘随意演奏然后通过扬声器将音乐播放 出来，达到较为理想的音质。
2.3 系统功能需求[10]
本次设计作为研究性的课题， 对微型电子琴系统的功能和性能都没有极其完 整和精确的要求，本系统的功能需求有自动播放功能、基本琴键功能、音量调节 功能共 3 种。
图 5 系统功能需求
2.3.1 基本琴键功能[11] 当键盘的形式是矩阵时，在形成交叉的垂直线和每条的水平线是不存在 直接连通的，它是通过一个按键连接。有许多情况是，有键盘有许多的按键，通 常的做法是把它们排成矩形，这是为了使 I/O 口占用的情况得到减少。因此，矩 阵的方式应用到键盘上，是在键盘要很多的键的时候，这样做比较好。而且，端 口有 16 个按键，就比以前的方法多了许多。为了让区别的更为明显，线数也就 变多了。 键盘采用的是矩阵形式的需要的比较复杂，而且识别也不存在简单，输入是
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通过列线的 I/O 口来连接，输出端则是将行线接的 I/O 口也就是单片机的。 电阻是通过列线连接电源的正极。低电平时行线来输出，如果输入线有被拉低的 情况发生，就是有键位被按下了。因此，通过这种方法就能判按键的状态。高电 平时输出端，意思就是键位没有被按下去，但是，如果有按键被按下去，就会发 现它的输入线拉低了，即低电平就是行线输出的。 2.3.2 自动播放乐曲功能 我们本次设计的简易电子琴另外还有音乐存储功能，能自动演奏歌曲。我们 首先通过编程把几首曲子写入到系统中。当要播放音乐时，按下音乐播放按键， 系统就会识别按顺序播放音乐， 当一首音乐结束了按下下一键就会播放下一首歌 曲。 2.3.3 音量调节功能 这次设计还考虑到乐曲在播放的状态中的音量的问题。 我们需要根据演奏者 和听众对音量的需求来进行音量的高、低的调节。音量的实现原理是通过数字功 率放大器对音频信号进行处理，在发送可以调节的大小连续的音频信号至扬声 器。
2.4 系统性能需求
我们对于本系统设计的微型电子琴的性能要求不高，主要是针对音乐转盘、玩具 琴和音乐童车等等，因此本系统的性能要求如下图 6 所示：
图 6 系统性能规格要求 第 10 页 (共 45 页)

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2.5 开发环境
本系统的开发环境如下图 7 所示：
图 7 系统性能规格要求
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3.1 设计原理
由于歌曲的不同是由于音阶的组成不同，可以通过改变不同的频率组合来产 生不同的音乐，这包含了一定的道理，因为频率和音阶是互相对应的。不同的频 率可以用单片机来实现，即单片机的计数器/定时来实现方波频率信号，因此， 我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系正确即可。 半周期的时间的计算可以利 用公式得到， 通过先算出要得到的音频周期除以 2 就可以的到音频脉冲。重复计 算定时器半周期时间。P3.0 反向输出。计时反向。就可在 P3.0 脚上得到此频率 的脉冲[12]。 通过改变计数值 TL0 和 TH0 以产生不同频率的方法产生不同音阶，利用的是 AT89C51 内部定时器使其工作计数器模式。 比如， 频率为 523Hz， 周期为 T＝1/523 ＝1912μs，所以令计数器计时 956μs/1μs＝956，每计数 956 次时将 I/O 反相，便 可得到中音 DO。 计数脉冲值与频率的关系式是： N=fi/2/fr 式中， N 是计数值； fi 是机器频率 （晶体振荡器为 12MHz 时， 其频率为 1MHz） ； fr 是想要产生的频率。 其计数初值 T 的求法如下：
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T＝K－N＝K－fi/2/fr 式中 K 是单片机的 16 位定时器最大计数值，K＝216 =65536；fi 是机器频率，fi ＝1MHz，例如低音 DO（262Hz）、低音 RE（294Hz）、中音 DO（523Hz）、 中音 RE（587Hz）、高音 DO（1046Hz）、高音 RE（1175Hz）的计数值如下： T＝65536－N＝65536－fi/2/fr＝65536－1000000/2/fr＝65536－500000/fr 低音 DO 的 T＝65536－500000/262＝63628 低音 RE 的 T＝65536－500000/294＝63835 中音 DO 的 T＝65536－500000/523＝64580 中音 RE 的 T＝65536－500000/587＝64684 高音 DO 的 T＝65536－500000/1046＝65058 高音 RE 的 T＝65536－500000/1175＝65110 通过对歌曲的乐理知识的了解，会有不同的理解。所以有不同的频率产生音 乐也是能够得到的，而且不同的脉冲有不同的频率。这样的计数器/定时会产生 不同的信号如方波频率信号。所以需要知道其中不同的关系。 程序设计内容包括按键识别和音符产生，这里重点描述关于音符的产生方 法。每个不同的音符对应着不同的频率，利用单片机内部定时器 T0 结合 I/O 端 口来产生不同频率的方波信号，改变 T0 的计数值即可改变不同的音符。当单片 机采用 12MHz 晶振时，高、中、低音符与单片机定时器 T0 计数值的关系如下 图 8 所示。
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音符 低1 DO
频率（HZ） 简谱码 （T 值） 262 277 294 311 330 349 370 392 415 440 466 494 523 554 587 622 659 698 63628 63731 63835 63928 64021 64103 64185 64260 64331 64400 64463 64524 64580 64633 64684 64732 64777 64820
音符 # 4 FA# 中 5 SO # 5 SO# 中 6 LA #6 #LA 中 7 SI 高 1 DO # 1 DO# 高 2 RE # 2 RE# 高 3M 高 4 FA # 4 FA# 高 5 SO # 5 SO# 高 6 LA #6 高 7 SI
频率（HZ） 简谱码 （T 值） 740 784 831 880 932 988 1046 1109 1175 1245 1318 1397 1480 1568 1661 1760 1865 1967 64860 64898 64934 64968 64994 65030 65058 65085 65110 65134 65157 65178 65198 65217 65235 65252 65268 65283
#1 DO# 低2 RE
#2 RE# 低 3M 低 4 FA # 4 FA# 低 5 SO # 5 SO# 低 6 LA #6 低 7 SI 中 1 DO # 1 DO# 中 2 RE # 2 RE# 中 3M 中 4 FA
图 8 高、中、低音符与单片机定时器 T0 计数值的关系
3.2 系统控制模块分析
方案一：把带有 220V 的交流电通过变压器进行降压,然后通过滤波、整流, 就能够得到一个直流的电压，大小为 13.5v。制作电子琴的过程可以采用可控的 硅。将单向可控硅 SCR 和电阻、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：用 AT89C51 的单片机对其进行把握,但是 AT89C51 本身是没有 ISP
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级别的，所以说 Atmel 的停产以及几乎消失不见踪影，而且只读内存只有 4K，并不存在升级的可能。 方案三：运用 AT89C51 的单片机来操控，因为它物美价廉，十分符合对智 能化的需求，并且内部程序的空间存储为 8K，本身内存较大使用需求方便快捷， 以后还有足够空间进行升级，它的抗干扰性能很强，使用起来也很便捷。 选择方案:鉴于上述对比与分析，AT89C51 单片机设计微型电子琴的方法， 仅需 AT89C51 的最小系统，扩展一组矩阵键盘，再接一组发光二极管用来指示 电子琴的工作状态。所以，我们本次的设计采用方案二。
3.3 微型电子琴的系统原理框图
根据设计所需要的条件，本系统是采用的硬件部分是把 AT89C51 单片机为 重点，并且列出其他部分所需要的各个元器件，最后根据设计原理，最终设计系 统的原理框图[13]。 AT89C51 单片机工作环境是需要在时钟频率在 12MHZ 的条件下进行， 这次 为了能够让设计出的微型电子琴能顺利实现各部分功能， 需要得到频率不同的脉 冲信号，通过定时/计数器来得到。在使用过程中，弹奏音乐先可以按下键盘上 的按钮来的得到，然后系统里的 AT89C51 单片机根据按键感应，通过查到对应 的频率，从而得到不同的声音，最后从扬声器里发出我们想要得到的声音。 这次得到的系统功能是不需要由程序来掌控， 而是根据使用者的需求自主的 掌握，其中的原因是主要是 AT89C51 单片机本身不具备驱动，需要通过借助外 部的力量，通过音频脉冲驱动再经扬声器发出声音，才能实现这部分的功能。 本系统的各个部分在下面将一一介绍。
图 9 系统原理框图
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3.4 系统硬件需求
3.4.1 管脚功能[14] VCC：供电的电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口的特性是具有 8 位漏级开路双向 I/O 口一个， 并且用来吸收 8TTL 门的电流的是它的每一个脚。P0 作为外部的程序数据存储器，地址/数据的第八 位就是它。当进行 FLASH 编程的时候，原码输入口是 P0，在开始 FLASH 校验 的时候，输出原码是 P0，P0 的外部一定被拉高。当 P1 口的管脚用来第一次写 1 时，高阻输入于是就被这样判定。 P1 口：P1 口则是电阻上拉的拥有 8 位的双向 I/O 口， P1 口收到输出的 4TTL 门电流是来自缓冲器。当 P1 口被外部的下拉成低电平的时候，电流会被输出， P1 口的管脚写进 1，被内部上拉为高，能够当做是输入，因为内部的上拉。当 进行 FLASH 校验和编程，用来接收第八位地址的是 P0 口。 P2 口: P2 是内部上拉电阻的双向 8 位 I/O 口，P2 口缓冲器能够接收，4 个 输出 TTL 门电流，P2 运用在 16 位地址外部数据存储器进行存取口或外部程序 存储器时，P2 口输出地址的高八位。当 P2 口被写 1 时，它的管脚被内部上拉电 阻拉高，并且当作输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，能够输 出电流。究其原因跟内部上拉的缘故。P2 口在 FLASH 编程和校验时控制信号和 接收高八位地址信号。在给出地址“1”的时候，利用内部上拉特点的方法，对外 部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出它的特殊功能寄存器的内容。 P3 口：P3 口的管脚是由带内部上拉电阻的 8 个双向 I/O 口，并且能够收到 输出 TTL 门电流 4 个。P3 口写入“1”之后，其被内部上拉成为高电平，能够用作 输入。由于输入，是因为它的外部下拉成为低电平，P3 口会输出电流是因为上 拉的原因。 P3 口的其他特殊的功能： P3 口管脚备选功能： P3.0 RXD (串行输入口) P3. 1 TXD (串行输出口）
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P3.2 /INTO (外部中断 0) P3.3 /INT1 (外部中断 1) P3.4 T0 (记时器 0 外部输入） P3.5 T1 (记时器 1 外部输入） P3.6 /WR (外部数据存储器写选通） P3.7 /RD (外部数据存储器读选通） P3 口的作用是能校验编程和作为闪存编程来收到信号，如控制信号。 RST：复位输入。在振荡器复位器件的同时，控制 RST 脚的机器周期高电 平的时间。 ALE/PROG：通过外部储存器访问，输出电平的地位字节会得到指令，允许 地址锁存。用 FLASH 编程，编程脉冲输入就是引脚。ALE 会输出信号，这个信 号是正脉冲信号而且是以不变的频率，1/6 的振荡器频率就是这个频率。对于外 部的输出的脉冲就是它实现， 或是用来定时。 特别需要知道的： 作为外部储存器， 它会直接忽略 ALE 脉冲一个。在 SFR8EH 地址上置 0，只需要将 ALE 禁止就可 以了。与此同时，MOVX 只有是 ALE 处理, M0VC 的指令是 ALE 才会有效果。 值得注意的一点是，要把引脚拉高一点。但 ALE 禁止是由微处理器在外部执行 的状态，那么置位就会无效。 /PSEN：选通信号是外部程序存储器的。当指令是从外部程序存储器发出， /PSEN 的两次是有效的。而外部数据存储器被访问的时候，/PSEN 的两次有效的 信号并不会有。 /EA/VPP：/EA 一直是低电平的时候，外部程序存储器在这段时间里, 都与 内部程序存储器无关。但是要知道加密的方式是 1 的时候，/EA 是高电平，是内 部程序存储器。/EA 是 RESET 为锁定;于 FLASH 编程时，引脚可以用 12V 编程 电源。 XTAL1：输入的时内部时钟在工作电路和输入的时反向震荡放大器。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。
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图 10 管脚备注功能
振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置 为片内振荡器[15]。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。其余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
3.4.2
扬声器模块
矩阵扫描扬声器发出对应音符模块如下:
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图 11 扬声器模块
3.4.3
矩阵键盘模块
矩阵键盘模块如下：
图 12 矩阵键盘模块
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微型电子琴设计
矩阵式键盘的结构与工作原理[16] 适用于矩阵式键盘， 垂直线和水平线的每条在交叉的地方并不是直接连接通 用的，是利用物理按键来连接的。当键盘中的按键很多，减少 I/O 口的占用变得 势在必行，把按键排列成矩阵。于是，一个端口变成了 16 个按键的样式，这样 就是端口线的键盘的 2 倍， 它的线数与区别是成正比的。或者是多加一条线得到 的是 20 个按键的键盘，但直接用端口线却是多出一个键。综上所述，当用到的 按键很多时候，做键盘选择矩阵法是明智之举。 直接法和矩阵法相比矩阵法比较简单而矩阵法则难一点， 运用识别的部分也 是比较麻烦，从图中我们可以知道，电阻和电源是通过列线连接的时候，输出端 是行线连接单片机 I/O 接口，列线则相反，是连接的输入。于是，按键并没有运 行时，输出端全部是高电平，表示无键按下。低电平是行线输出，如果有按键工 作，那么被拉低的就是输入线，结果就是，通过观察输入线的状态就找到按键情 况。 矩阵式键盘的按键识别方法： 确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。 行扫描方法 行扫描方法即一行一行的扫描的方法， 是最为基本的一种快速识
别按键的方法，方法如下。 1、要想知道是否使用按键，先把所有的线行变成低电平，再获得列线的情 况，并且发现有一列电平是低的状态，就是有按下的键在键盘。按下的键位会处 于行线和低的电平线相交的按键即4个。反之，就是没有按键运行。 2、闭合键位置，按下按键，便可以知道闭合键的具体过程。所用到的方法， 按顺序把行线变为低电平，低电平是未知行线时，剩下的线即高电平。通过判断 得知某根行线的位置是低电平，电平状态被按要求检测。如果某列表现为低，那 么置为低电平的行线和列线的交叉处的按键就即按键是按下的。 3.4.4 晶振电路
晶振电路如下：
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基于单片机的微型电子琴研究与设计
图 13 晶振电路
振荡器和时钟电路的功能就是定时，通过单片机来实现，但是电路是由硬件 来表现的， 有不同的方式分别是外部和内部两种来连接，而本次用到的时钟方式 是内部方式。 反相放大器 XTAL1、 反相放大器 XTAL2即为单片机内部的输出端和输入端， 内部时钟方式组成，内部的元件为时钟产生传达到单片机。时钟频率越高，单片 机控制器的控制节拍就越快，运算速度也就越快。 反相放大器的存在对于单片机是比较有用的，组成振荡器的是由电容与 外界晶振，通电后，保持状态等待12ms 左右振荡器产生，观察现象，是否与软 件相关。上图的晶振和震荡其产生的频率的关系，也是可以知道的。主要是电容 的作用，起振的是振荡器，还有频率的30pF 的振荡器。 3.4.5 供电及复位电路 供电及复位电路如下：
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基于51单片机的电子琴设计

随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。 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，它已经融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8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，具有一定的实用和参考价值。 关键词：AT89C51单片机；数码管；电子琴

1 系统方案设计 (1) 1.1 设计指标 (1) 1.2 系统方案综述 (1) 1.3 系统设计思路 (1) 2 硬件设计 (2) 2.1 电路图 (2) 2.2 单片机AT89C51简介 (2) 2.3 单片机的工作过程 (4) 2.4 键盘电路 (5) 2.5 显示电路 (5) 2.6 声音电路 (7) 3 系统软件设计 (7) 3.1延时程序设计 (9) 3.2定时器初始化及其中断函数 (9) 3.3示例音乐播放程序 (10) 3.4单独按键中断处理函数 (10) 4 实验结果与分析 (10) 4.1 Proteus软件简介 (10) 4.2仿真调试 (12) 5 设计心得 (13) 6 参考文献 (14) 附录 (15) 附录A 元件清单、器件识别与检测 (15) 附录B 程序源代码 (16)

单片机电子琴的设计

单片机电子琴的设计前言 1 第一章设计要求及工作原理1 1.1 差不多设计要求 1 1.2 方案比较与确定 2 1.3 系统组成与工作原理2 第二章硬件电路设计6 2.1 单片机最小系统 6 2.2 键盘模块 9 2.3 方波发生模块11 2.4 功率放大发声模块11 第三章软件设计12 3.1 软件结构功能设计12 3.2 主程序设计12 3.3 子程序设计13 第四章实验调试及测试结果分析15 4.1 软件调试 15 4.2系统联调16 结论17 参考文献18 附录1：系统原理图 19 附录2 源程序19 附录3 电子琴成品图26 附录4元件清单27

前言 电子琴是一种功能强大，易于制作，成本低廉的现代新型乐器。它可按照使用者的不同要求方便的进行设计，成为现代社会一种颇具市场号召力的乐器。单片机具有强大的操纵功能和灵活的编程实现特性，在现代工业生活中随处可见，此次课程设计要紧确实是利用STC89C52单片机为核心操纵元件，设计简易的一个电子琴，并以此对电子琴原理及硬件组成进行分析并设计，最终由此做出实物。由此更进一步把握微机原理及应用课程的有关知识，提升应用微机解决咨询题的能力，加深对微机应用的懂得。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，初步把握应用微机解决咨询题的步骤及方法。为以后结合专业从事微机应用设计奠定基础。 第一章设计要求及工作原理 1.1 差不多设计要求 基于单片机STC89C52为核心。 利用定时/计数器8253设计并制作一个简易电子琴。

设计至少8个按键，每个按键对应一种音调，即1、2、3、4、5、6、7、8八个不同的音节。 按下按键发声，松开按键后声音延迟一段时刻后停止，可弹奏简单的乐曲。 1.2 方案比较与确定 方案一：使用单片机内部定时器，通过编程实现发出不同频率方波，产生音阶。 方案二：使用8253作为外部定时器，通过编程实现产生所需频率的方波。 通过对方案一和方案二的比较能够明白，方案一是通过使用单片机内部定时器，以编程实现方波输出，优点在于外部电路简单，程序结构简单，缺点在于消耗单片机资源过多，不利于优化升级；方案二是利用82 53来产生方波，相对来讲这种方案外部电路较为复杂，程序结构也更为复杂，优点在于占用单片机资源少，输出稳固，利于扩展；故而选择方案二较好 1.3 系统组成与工作原理 声音的频谱范畴约在几十到几千赫兹, 若能利用程序来操纵单片机某 个口线持续输出“高”“低”电平, 则在该口线上就能产生一定频率的方波, 将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音, 若再利用程序操纵“高”“低”电平的连续时刻, 就能改变输出波形的频率从而改变音调。乐曲中, 每一音符对应着确定的频率, 下表给出各音符频率。如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样, 那么将此口线接上喇叭就能够发出此音符的声音。本系统确实是按照此原理设计, 关于单片机来讲要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时刻再输出低电平, 如此循环的输出就会产生一定频率的方波, 通过 改变延时的时刻就能够改变输出方波的频率。单片机内部有两个位的定时计数器T1和T0, 单片机的定时计数器实际上是个计数装置它既能够对单片机的内部晶振驱动时钟计数也能够对外部输入的脉冲计数, 对内部晶振计

基于AT89C51单片机的多音阶电子琴的设计

重庆三峡学院 单片机课程设计报告书 学院： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 成绩： 制作日期2012年11月29日

基于AT89C51单片机的多音阶电子琴的设计 重庆三峡学院 摘要 单片机是电子、计算机及机电专业的一门重要的必修课程。要求我们掌握单片机的基本组成和工作原理、会变程序的一般编写方法、常用接口电路的软硬件设计方法，具备基本的单片机系统应用与开发能力。 随着科技的快速发展，单片机的应用日益普遍。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。本单片机系统设计应用单片机控制技术，用AT89C51单片机为核心控制元件根据本学期所学的单片机知识结合设计了一套单片机控制的电子琴系统。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。 本次设计首先对单片机设计简易电子琴仔细分析，接着制作硬件电路和编写软件的程序，最后进行软硬件的调试运行。并且从原理图，主要芯片，各模块的原理和各个模块的程序调试来阐述。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，实现高、中、低共21个音符的发音和显示和音乐播放时的控制显示，并且能自动播放程序中编排的音乐。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，性价比高等，具有一定的使用和参考价值。 关键词：单片机、电子琴、AT89C51、独立键盘、

目录 第 1 章引言......................................................................................................................... 1. 1. 1 设计背景 (1) 1.2 设计任务 (1) 1.3 设计目的 (1) 1.4 设计思路 (1) 第 2 章方案论证 (1) 2.1 方案论证 (1) 第 3 章硬件系统设计 (2) 3.1时钟电路 (2) 3.2 复位电路 (3) 3.3 原理框图 (3) 3. 4 显示部分设计 (3) 3.5 按键部分设计 (4) 3.6 发音部分设计 (5) 第 4 章软件系统设计 (5) 4.1 系统分析 (5) 4.2 参数计算 (7) 4.3 程序设计 (8) 第 5 章实验结果 (10) 5.1硬件调试 (10) 5.2 软件调试 (10) 5.3 仿真结果 (10) 5.4 结果分析 (11) 第 6 章总结 (11) 附录一：系统整体电路图 (12) 附录二：元器件清单 (12) 附录三：源程序代码 (13) 参考文献 (19)

基于单片机的简易电子琴设计课程设计

基于单片机的简易电子琴设计课程设计

湖南文理学院 课程设计报告 课程名称：单片机课程设计 专业班级：自动化10102班17号学生姓名：肖葵 指导教师：王南兰 完成时间：2013年 6 月13 日报告成绩： 湖南文理学院制

摘要 随着社会的发展进步，音乐逐渐成为人们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。人们对于电子琴如何实现其功能，如音色选择、声音强弱控制、节拍器、自动放音功能等等也很好奇。 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AT89S52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，具有一定的实用和参考价值。 关键词：AT89S51；音色节拍器；电子琴

ABSTRACT With the development of our society, music has become an important part of life. There’s a saying goes that people who likes music cannot be an evil. During our life, we often enjoy all kinds of music in the world to baptize our spirits. This thesis has designed a simple microcontroller-based electronic key board. We are curious about the foundation of electronic keyboard, such as the choice of timber, the control of volume, the metrononme and automatic playback. The keyboard is a product of modern electronic technology combined with music, it is a new type of keyboard instruments. And it plays an important role in modern music. Single chip has a powerful control functions and flexible programming characteristics. It has converged with modern people's lives, become an irreplaceable part. The main content is AT89S51 control of the core components, Design of an electronic organ, single chip as a host to the core, with the keyboard, speakers and other core modules main control module, in the main control module has 16 keys and speakers. Stability of the system, its advantages are simple hardware circuits, software functions, control system reliability, high cost performance and have certain practical and reference value. Key words : single chip MCU keyboard speaker electronic organ

单片机电子琴音乐盒课程设计

课程设计报告 设计题目：单片机多功能音乐盒设计 【摘要】本设计是一个基于AT89C51系列单片机的音乐盒，依据单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件编译，设计制作出一个多功能多功能音乐盒。该音乐盒主要由按键电路、复位电路、时钟电路以及蜂鸣器组成。使用两个按键控制音乐盒，一个用来暂停歌曲，另一个用来切换歌曲本音乐盒共有四首歌曲，还有4*4矩阵键盘电子琴弹奏功能，播放歌曲时，蜂鸣器发出音调，矩阵键盘无扫描信号，不动作。当按下暂停歌曲键时，可继续弹奏电子琴。本设计利用KEIL编程软件对音乐盒源程序进行编程并调试，配合PROTEUS仿真软件对硬件进行仿真调试，节约了设计时间。 设计作者：吴文豪 专业班级/学号：10应电三班 1006020144 合作者1：专业班级/学号： 合作者2：专业班级/学号： 指导教师：王明文 设计时间：2012年5月12日———2012年6月3日

目录 引言 (1) 1．设计任务及要求 (2) 1．1设计任务 (2) 1．2设计要求 (2) 1. 3研究内容 (2) 2．系统总体设计 (3) 2．1系统结构框图设计及说明 (3) 3．软、硬件设计…………………………………………………………….. 3.1 系统硬件设计………………………………………………………… 3．1．1系统硬件原理图及工作原理说明………………………… 3．1．2单元电路设计原理与元件参数选择……………………… 3． 2系统软件设计…………………………………………………….. 3． 2． 1软件系统总流程图及设计思路说明…………………... 3． 2． 2软件各功能模块的流程图设计及思路说明…………... 4．安装与调试………………………………………………………………. 4．1安装调试过程……………………………………………………… 4．2调试中遇到的问题…………………………………………………5．结论………………………………………………………………………. 6．使用仪器设备清单………………………………………………………. 7．收获、体会和建议………………………………………………………. 8．参考文献…………………………………………………………………. 9．附录………………………………………………………………………

基于51单片机简易电子琴的课程设计

基于51单片机简易电子琴 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于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。他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AT89S52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8个按键，和一个复位按键。 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硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 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同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。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来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块

单片机电子琴制作16按键

《单片机原理》课程设计 说明书 专业名称：电气工程及其自动化 班级：11-2 学号： 姓名： 指导教师： 日期：2013.6.21

《单片机原理课程设计》评阅书

摘要 本文设计了一种基于STC12C5A32S2单片机的电子琴电路。该方案利用单片机定时器产生固定频率的方波信号以驱动蜂鸣器发出一定的旋律，通过矩阵键盘中的相应的按键来输入使蜂鸣器发出相对音阶的单音。同时设计还有自动存储所输入的单音，之后再一起自动演奏出来的功能。 本设计通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经三极管放大信号后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。要实现7个音符的各自的高、中、低音，需要建立三个表，分别存储高音、中音和低音的频率值；默认为中音输出，当二个按键开关中某一个按下，通过软件选择相应的音频。按下弹奏键就可弹奏出不同的声音。 另外用软件延时来控制发音时间的长短，来控制节拍。通过把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间，这样就可以实现乐曲的演奏。 本设计为实物电路板设计开发，报告中详细的阐述了电子琴设计的方法和过程。并经过软硬件的调试，该音乐发生器不但能通过键盘弹奏出很好的音调，而且还可以通过键盘选择播放不同的音乐。 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，具有一定的实用和参考价值。 关键词：STC12C5A32S2 单片机定时器电子琴

目录 摘要 ....................................... 错误！未定义书签。第一章引言 . (2) 第二章电子琴电路硬件电路设计 .............. 错误！未定义书签。 2.1单片机的介绍与组成 (4) 2.2单片机主控电路 (4) 2.3 4×4矩阵键盘电路 (5) 2.4 蜂鸣器电路 (5) 第三章电子琴电路软件设计 .................. 错误！未定义书签。 3.1 程序设计流程图...................... 错误！未定义书签。 3.2音乐播放部分 (5) 3.3电子琴弹奏部分 (5) 3.4发音原理 (5) 第四章程序 ................................ 错误！未定义书签。心得体会 ................................... 错误！未定义书签。参考文献 (11) 附件错误！未定义书签。

(完整版)基于51单片机简易电子琴的设计

电子琴的设计 1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于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。他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AT89S52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8个按键，和一个复位按键。 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硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 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同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。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来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。一. 任务要求与总体设计方案 1.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 1.2 设计方案 1.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率

基于51单片机的电子琴设计课程设计

目录 前言 (2) 第1章基于51单片机的电子琴设计 (3) 1.1 电子琴的设计要求 (3) 1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3) 1.3 总体设计方案 (3) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1 琴键控制电路 (5) 2.2 音频功放电路 (6) 2.3 时钟-复位电路 (6) 2.4 LED显示电路 (6) 2.5 整体电路 (6) 第3章电子琴系统软件设计 (7) 3.1 系统硬件接口定义 (7) 3.2 主函数 (8) 3.2.1 主函数程序 (8) 3.3 按键扫描及LED显示函数 (9) 3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10) 3.4 中断函数 (11) 3.4.1 中断程序 (12) 第4章电子琴和调试 (12) 4.1 调试工具 (12) 4.2 调试结果 (13) 4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14) 第5章电子琴设计总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)

前言 音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容，它在陶冶情操、提高素养、开发智力，特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。近年来，我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩，探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。如今，电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。而在课堂教学方面，它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间：瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法；瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施，这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室，让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。电子琴所包含的巨量的音乐信息和强大的音乐表现力可以帮助音乐教学更好地贯彻和落实素质教育，更有效地提高人们的音乐素质和能力。目前，市场上的电子琴可谓琳琅满目，功能也是越来越完备。以单片机作为主控核心，设计并制作的电子琴系统运行稳定，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，具有一定的实用与参考价值。这就为电子琴的普及提供了方便。 二、电子琴设计要求本设计主要是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。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7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成2大功能：音乐自动播放、电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在自定义的表中。

51单片机简易电子琴

基于51单片机简易电子琴设计 院系；电气信息工程学院 班级；10通信工程三班 姓名：张瑞 指导老师： 设计周数：一周

一设计题目： 设计一简易电子琴，要求能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符。 使用元件：AT89C51、LM324，喇叭，按键等 二设计目的 （1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。 （2）熟悉8051单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。 （3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相关软硬件。 （4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。 三设计思路 在本次课程设计中，根据复杂程序设计思想——模块化程序设计，分析和确定程序总体设计目标：电子琴基本功能及部分扩展功能后，将总体目标划分为若干模块（子程序，具体可见下）。 程序设计的思路按以下顺序进行： 1．分析与确定程序总体设计目标 2．将总体目标划分为若干模块 3．定义每个模块的具体任务，明确它与其他模块间的通信方式 4．编写源程序，进行调试 四、设计原理、思路及流程图 设计原理 （1）对于一个特定的Ｄ/Ａ转换接口电路，CPU执行一条输出指令将数据送入Ｄ/Ａ，即可在其输出端得到一定的电压输出。给Ｄ/Ａ转换器输入按正弦规律变化的数据，在其输出端即可产生正弦波。对于音乐，每个音阶都有确定的频率。 各音阶标称频率值：

（2）由于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弄正确即可。 原理: 系统硬件图

单片机课程设计---简易电子琴设计

单片机 课程设计 课程设计名称： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计时间：

一、需求分析 1.1课题背景 随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论文设计一个基于单片机的简易电子琴。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。电子科技也在不断的前进，电子技术正在以不同的方式改变着我们的生活，电子琴设计也是希望给人们带来一些生活的乐趣。电子琴可以应用在很多方面，比如一些简易的玩具上或手机上。单片机技术使我们可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化。 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阐述。 1.2 课题设计的任务与主要内容 本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简单的电子琴。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。定时器按设置的定时参数产生中断，由于定时参数不同，就会发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。 先根据要求设计硬件电路和编写相应的程序，然后进行仿真调试，最后细心焊接硬件电路图，将程序烤入芯片中，最终达到设计目的。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，具有一定的实用和参考价值。

基于单片机电子琴设计

基于单片机的简易电子琴设计

一、设计目的 本方案设计数码管显示音符的实验，使用基于AT89C51单片机，在数码管上显示按键所代表音符的数字，通过键盘可以调节低音，中音，高音的音符，按下数据蜂鸣器会发出相应音符发出的声音。 二、摘要：通过数码管显示音符的数字，按下键盘，蜂鸣器会发出声音进行提示 关键词：单片机，键盘，蜂鸣器，数码管 硬件电路设计 1、单片机模块设计 2、本次设计采用的是单片机AT89C51。芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠 芯片的缺口，如图3.1所示。左边那列逆时针数起，依次为1，2，3.....40，其中芯片的1脚顶上有一个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。

3、 4、图AT89C51管脚图 5、AT89C51单片机共有4组8位可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个 口有8位，共32根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电机、交通灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能。 6、P0口：8位双向I/O口线，名称为P0.0-P0.7； 7、P1口：8位准双向I/O口线，名称为P1.0-P1.7； 8、P2口：8位准双向I/O口线，名称为P2.0-P2.7； 9、P3口：8位准双向I/O口线，名称为P3.0-P3.7。 10、本文单片机模块如图所示，主要是由单片机芯片与晶振和复位电路组成的。是 由单片机来控制整个系统，让我们的系统可以正常的运行。

2、数码管显示模块设计 LED（Light Emitting Diode）发光二极管缩写。LED数码管是由发光二极管构成的。 常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。它由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，每一段对应一个发光二极管。一般来说分共阳极和共阴极两种接法，如图4所示为八段LED数码管结构及外形。共阳极LED数码管的发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。反之，共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管点亮。 LED数码管的a至g七个发光二极管因接得电压不同而导致不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码，如表3所示为八段LED数码管的字形码表。

基于51单片机的显示电子琴设计毕业论文开题报告

XXX学院毕业设计（论文）开题报告 题目名称基于51单片机的显示电子琴设计 学生姓名专业班级学号 一、选题目的和意义： 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，他具有高性能、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域的一项重大课题。 电子琴是箱子电子科技与音乐结合的产物。之所以受到群众们喜爱,是因为它能模拟各种乐器的音色,如笛、号、琴、颤音、和旋音等以及打击乐板音、鼓乐、沙锤等。本设计介绍一种除有普通电子琴功能外,还有不需要按琴键就能模拟电子琴自动演奏乐曲的电子琴音乐的产生和演奏电路。若与音响放大器相结合,则乐曲的音响效果会更好。 STC89C51单片机为核心控制元件，可提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本，且易于进行功能扩展。 电子琴系统就是以单片机为核心部件设计的一个简易的电子琴，这只是单片机应用的一个点，由点及面，希望能更好的了解和应用单片机技术。我选单片机电子琴这个选题的目的在于通过从日常生活中的细微之处着手，将所学的理论知识与实践更好的结合起来，在设计制作电子琴的过程中，更加熟练的掌握单片机的应用，在更深刻的理解理论知识的同时锻炼提高自己的动手实践能力，使理论和实际能够相得益彰。 二、研究概况及发展趋势综述 计算机技术和通信技术紧密结合，涉及到通信与计算机两个领域。计算机网络的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大贡献。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。 近年来，正是由于计算机技术的发展加之计算机多媒体技术及多媒体制作软件的广泛应用，使模拟电子琴技术也紧随时代的潮流加速发展，比如现在从互联网上就可以随意免费下载许多计算机软件开发出来的模拟电子琴软件，比如大名鼎鼎的悠悠电子琴，nbPiano模拟电子琴，顺风雷电子琴等，不仅以其完美的界面争得了广大电子琴爱好者地喜爱，而且其功能已经基本接近于真正的电子琴。相信计算机模拟电子琴的发展会越来越好。 最近20年内，软件模拟电子琴技术发展迅速，不论是在制作过程上、操作程序上还是在演奏技法上都有了突飞猛进的发展，这在音乐发展史上是其他任何实体乐器所不能比拟的。自从八十年代电子琴进入我国以来，电子琴以它适合中国国情、经济适用、表现力强、功能强大而受到广大的初学者、音乐爱好者、专业音乐工作者，音乐家的喜爱，可以说现在电子琴在中国的普及率是很高的。这无论是对提高人们整体的音乐素质，还是对音乐的发展都是功德无量的事。本课题就是基于电子琴的上述诸多优点而提出来的。虽然现在电子琴的价格也比较低廉，但是低端的电子琴功能还是比较单一的，它不能满足人们对多种乐器乐感的要求。而计算机模拟电子琴，功能丰

单片机电子琴实验报告修订版

单片机电子琴实验报告 修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】

单片机及DSP课程设计报告 专业：通信工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师：李贺 时间：2015-06-22~2015-07-03 通信与电子工程学院 基于单片机的电子琴设计 一、课设的目的及内容 本设计主要是用单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、蜂鸣器、数码管等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成的功能：电子琴弹奏并显示所按的按键对应音的唱名。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在自定义的表中。 总之，本设计的电子琴有以下要求： （1）用键盘作出电子琴的按键，共7个，每键代表1个音符。各音符按照符合电子琴的按键顺序排列； （2）达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲； （3）在按下按键发出音符的同时显示出音符所对应的唱名

即1（dao）、2（ruai）、3（mi）、4（fa）、5（sao）、6（la）、7 （xi）。 二、问题分析、解决思路及原理图 本系统采用STC89C52RC为主控芯片，因其精度较高，操作比较灵活，输入电路和输出电路由芯片来进行处理，电路的系统的稳定性高，功耗小。其中，输入电路有7个独立按键，通过按键随意按下所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识别，解码输出音符，在蜂鸣器中发出有效的声音。由于需要显示的信息不多，显示电路未采用液晶屏显示，而是使用数码管显示电路负责显示按下的琴键所对应音符的唱名，这样既节省了成本，又降低了编程难度。 图1 如图1所示基于单片机STC89C52RC的电子琴电路，它主要由琴键控制电路、数码管显示电路、音频功放电路和时钟-复位电路四部分所构成。 三、硬件设计 （一）琴键控制电路 琴键控制电路作为人机联系的输入部分，也是间接控制数码显示和音频功放的重要组成部分。本设计采用独立式键盘的思路。 独立式键盘的特点是一键一线，各键相互独立，每个键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可判断出被按下的按键。? 显而易见，这样电路简单，各条检测线独立，识别按下按键的软件编写简单。 适用于键盘按键数目较少的场合，不适用于键盘按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。? 独立式键盘的7个独立按键分别对应一个I/O口线，当某一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其它按键相连的检测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判别哪一条I/O输入线为低电平，很容易识别哪个键被按下。

单片机课程设计 简易电子琴设计

单片机课程 设计 课程设计名称 专学学 指 级 名 号 师导 课程设计时间

需求分析 1.1课题背景 随着社会的发展进步，音乐逐渐成为我们生活中很重要的一部分，有人曾说喜欢音乐的人不会向恶。我们都会抽空欣赏世界名曲，作为对精神的洗礼。本论 文设计一个基于单片机的简易电子琴。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。电子科技也在不断的前进，电子技术正在以不同的方式改变着我们 的生活，电子琴设计也是希望给人们带来一些生活的乐趣。电子琴可以应用在很多方面，比 如一些简易的玩具上或手机上。 单片机技术使我们可以利用软硬件实 现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化。 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阐述。 1.2课题设计的任务与主要内容 本文的主要内容是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简单的电子琴。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1 6个按键和扬声器。定时器按设置的定时参数产生中断，由于定 时参数不同，就会发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出不同音调。 先根据要求设计硬件电路和编写相应的程序，然后进行仿真调试，最后细心 焊接硬件电路图，将程序烤入芯片中，最终达到设计目的。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，具有一定的实用和参考价值。

#基于51单片机简易电子琴

1 课题背景 单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于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。他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AT89S52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8个按键，和一个复位按键。 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硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。 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同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。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来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求 利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块 播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块 电子琴设有8个按键，其中7个作为音符输入，另外一个作为模式转换按键，实现用户存放的自动播放歌曲。7个按键分别代表7个音符，包括中音段的全部音符，通过软硬件设计，模式转换按键触发外部中断，中断使程序跳转，实现模式转换，启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序入口，实

单片机设计矩阵键盘电子琴

课程设计任务书 课程名称单片机原理及应用课程设计 1．课程设计应达到的目的 本课程是继《单片机原理及应用B》课程之后，训练学生综合运用上述课程知识，进行单片机软件、硬件系统设计与调试，使学生加深对单片机结构、工作原理的理解，提高学生综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和单片机最小应用系统的设计技能。通过课程设计，达到理论与实际应用相结合，增强学生对综合电子系统设计的理解，掌握单片机原理就应用的设计方法以及C51编程的能力，并能够在这个基础上进行实际项目的程序设计及软硬件调试，增强学生的工程实践能力。 2．课程设计题目及要求

带存储播放功能的简易电子琴设计 要求：利用行列式键盘和数码管，来控制并显示和产生不同频率的声音。其他扩展功能学生可自己添加，功能不限定与此。 3.课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕（1）了解相关理论知识，掌握基本的原理，理解相关特殊功能寄存器的设置。 （2）完成电路板的组装 （3）完成硬件电路的测试、以及软件的编程 （4）最终完成具体的课设任务。 4．主要参考文献 1．张洪润等．单片机应用设计200例．北京：北京航空航天大学出版社，2006 2. 胡汉才.单片机原理及其接口技术. 北京：清华大学出版社，2010 3．夏继强等．单片机实验与实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2006 4. 倪晓军等.单片机原理与接口技术教程.北京：清华大学出版社，2007 5(1)硬件方面：单片机。4*4行列式键盘，蜂鸣器，独立数码管，独立建。硬件部分采用逐列扫描，16个键位对应16个音，不断检测16键位，当某个键位被按下，先检测哪一列再检测哪个按键被按下，同时设置四个功能键，p1.0,p1.1播放歌曲，p1.2暂停，p1.3复位，可控制歌曲的播放。 插入图片 （2）音乐频率 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弄正确即可。单片机12MHZ晶振，高中低音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示： 音符频率简码值（T值） 低3 M 330 64021 低4 FA 349 64103 低5 SO 392 64260 低6 LA 440 64400 低7 SI 494 64524 中 1 DO 523 64580 中 2 RE 587 64684 中 3 M 659 64777 中 4 FA 698 64820 中 5 SO 784 64898 中 6 LA 880 64968