基于51單片機的簡易電子琴設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1設(shè)計背景及產(chǎn)品功能分析........................................................................................1

1.1設(shè)計背景.............................................................................................................1

1.2產(chǎn)品功能分析....................................................................................................1

1.3系統(tǒng)框圖設(shè)計圖.................................................................................................1

2單片機的選擇............................................................................................................2

2.1方案一：使用單個邏輯設(shè)備組合...................................................................2

2.2方案二：使用STC89C51單片機...................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計............................................................................................................3

3.1STC89C52RC芯片..............................................................................................3

3.2單片機復(fù)位.........................................................................................................4

3.3單片機晶振.........................................................................................................4

3.4共陰極數(shù)碼管....................................................................................................5

3.5蜂鳴器部分........................................................................................................6

3.5按鍵設(shè)置...........................................................................................................7

3.6發(fā)音源代碼.......................................................................................................8

3.7單個按鍵源代碼...............................................................................................8

4產(chǎn)品軟件設(shè)計............................................................................................................9

4.1主函數(shù)模塊.........................................................................................................9

4.2播放模塊...........................................................................................................9

4.3演奏模塊.........................................................................................................10

4.4數(shù)碼管模塊.....................................................................................................11

5主程序流程圖設(shè)計..................................................................................................12

6產(chǎn)品使用說明..........................................................................................................12

6.1軟件調(diào)試...........................................................................................................12

7設(shè)計總結(jié)..................................................................................................................13

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

8參考資料..................................................................................................................14

附錄1元器件清單.............................................................................................15

附錄2電路原理圖.............................................................................................15

附錄3PCB設(shè)計圖..............................................................................................16

附錄4產(chǎn)品實物圖...........................................................................................17

附錄5軟件程序代碼............................................................................................18

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機的簡易電子琴設(shè)計與制作

1設(shè)計背景及產(chǎn)品功能分析

1.1設(shè)計背景

在現(xiàn)實生活當中，我們經(jīng)常出去玩而無法攜帶樂器其主要原因就是因為樂

器龐大而繁瑣。所以本選題是制作一個基于51單片機簡易電子琴的設(shè)計與制作。

主要核心是用AT89C52單片機，設(shè)計一款簡易的電子琴。它具有方便攜帶，性

能高、價格便宜、應(yīng)用廣泛等特點，在現(xiàn)代的音樂中扮演著重要的角色。電子

琴是現(xiàn)代電子信息技術(shù)和音樂的結(jié)合，這是一種新型的鍵盤樂器，具有較強的

靈活編程來實現(xiàn)特性，現(xiàn)在逐漸已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的

一部分。我們對于電子琴如何實現(xiàn)它的功能，比如音色的選擇、聲音的控制、

揚聲器播放音樂功能等等很好奇。

1.2產(chǎn)品功能分析

本選題是基于51單片機的電子琴的設(shè)計，所要達到的要求如下:

1)利用蜂鳴器作為發(fā)聲部件；

2)設(shè)置按鍵模塊和顯示模塊；

2)設(shè)置8個按鍵，實現(xiàn)高音、中音、低音的1、2、3、4、5、6、7、1的發(fā)

音。

設(shè)計主要是要通過軟硬件的配合實現(xiàn)電子琴的上述功能，我們可以通過按

下鍵盤上任意一個鍵來發(fā)出相應(yīng)的音符。采用AT89C52單片機作為核心，搭建

了按鍵模塊和顯示模塊等。使用這個芯片，可以生成不同的頻率來獲得你所要

求的音階，緊接著最后你可以播放音符來表達。

1.3系統(tǒng)框圖設(shè)計圖

圖1-1所示系統(tǒng)框架設(shè)計圖：

1

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖1-1系統(tǒng)框架設(shè)計圖

2單片機的選擇

2.1方案一：使用單個邏輯設(shè)備組合

由于已知計數(shù)器8253可以產(chǎn)生任意頻率的方波頻率信號，如果對應(yīng)于計數(shù)

頻率的相應(yīng)刻度對應(yīng)于計數(shù)器的頻率，則可以通過計數(shù)器產(chǎn)生音樂。根據(jù)本實

驗的要求，我們使用8279獲得了與查找表相對應(yīng)的8253個頻率編號，從8253

中放大了相應(yīng)的關(guān)鍵性能信號，并用喇叭將其輸出。

2.2方案二：使用STC89C51單片機

方案二：采用STC89C52單片機作為主芯片，安裝按鍵、蜂鳴器等外圍設(shè)備。

它還使用了數(shù)字位管和PNP三極管等簡單設(shè)備。按鍵插入音符和鈴聲。用于顯

示操作鍵的數(shù)碼管,PNP三極管用于放大低頻功率。最后，使用蜂鳴器播放。

該方案選擇第二個是采用STC89C52單片，該設(shè)計主要用于人們的娛樂，因

此該設(shè)計可以盡可能安全且易于操作。它具有高性能、價格便宜、用途廣泛等

特點。

2

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

3產(chǎn)品硬件設(shè)計

3.1STC89C52RC芯片

STC78C52RC單片機是一種高速、低功耗、抗干擾的一種單片機。命令代碼

和傳統(tǒng)的8051單片機可以兼容，12沖程/機器循環(huán)，內(nèi)部集成了特殊的Max810

復(fù)位電路。該單片機具有成本低、性能好、支持isp（系統(tǒng)編程）和iap（應(yīng)用

編程）技術(shù)等特點。

另外，STC89C52的設(shè)計和構(gòu)成振動頻率為0Hz，它可以調(diào)至省電模式。并

在空閑模式下，讓CPU停止操作，且RAM計時器計數(shù)器、串行接口和外部中斷

系統(tǒng)還可以繼續(xù)操作。在電源斷開模式下，振蕩器被解凍以存儲RAM數(shù)據(jù)，并

且芯片的其它功能被停止，直到外部中斷成效或硬件復(fù)位。同時，該芯片具有

PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，滿足不同產(chǎn)品的需求。圖3-1所示單片機的

引腳圖：

圖3-1單片機引腳圖

3

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

3.2單片機復(fù)位

1）復(fù)位功能：微控制器的復(fù)位電路類似于計算機的重啟功能。如果計算機

在運行時崩潰，請按“重新啟動”按鈕在計算機上從頭開始運行程序。

這也適用于單片機。如果SCM系統(tǒng)正在運行，并且由于環(huán)境影響程序

正在運行，則程序?qū)⒃凇爸刂谩卑粹o中從零開始自動啟動。

2）復(fù)位原理：單片機復(fù)位后，RST引腳連接到2us的高電平。微控制器起

動0.1s后，電容器C兩端的電壓持續(xù)充電至5V。此時，10K電阻器的

兩頭的電壓接近0V，RST為低電平，所以系統(tǒng)正常工作。圖3-2所示

復(fù)位電路圖：

圖3-2復(fù)位電路圖

3.3單片機晶振

單片機晶體器的功能是向系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。大部分一個系統(tǒng)共同

使用一個晶體振蕩器，這樣的話所有部件都可以保持同步。一些通信系統(tǒng)對基

本頻率和高頻使用不同的晶體振蕩器，并通過電子調(diào)節(jié)頻率來保持同步。所有

微控制器指令的執(zhí)行都基于晶體振蕩器的頻率，圖3-3所示晶振電路原理圖：

4

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖3-3晶振電路原理圖

3.4共陰極數(shù)碼管

陰極數(shù)碼管將所有的LED負極連接到公共點，每個LED的正極為a、b、c、

d、e、f、g和dp，如下圖所示。圖中的八個LED分別對應(yīng)于上圖中A~DP的每

個段。通過控制每個LED的發(fā)光來顯示數(shù)字。當現(xiàn)LED的正極為高時，相對應(yīng)

的現(xiàn)場亮起。如果LED的正極低，則相對應(yīng)的現(xiàn)場不發(fā)光。圖3-4所示數(shù)碼管

所接引腳原理圖：

圖3-4數(shù)碼管所接引腳原理圖

如圖3-5所示數(shù)碼管電路：

5

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖3-5數(shù)碼管電路

以下為數(shù)碼管顯示字型對應(yīng)的字符碼表：

表1數(shù)碼管顯示數(shù)字的實現(xiàn)

3.5蜂鳴器部分

有源蜂鳴器與無源蜂鳴器的區(qū)別：

1)內(nèi)部區(qū)別：這里需要注意的就是，此處的“源”并不是指電源，而是指

沖擊源。這意味著激活蜂鳴器內(nèi)有一個振動源，因此一旦打開，蜂鳴器就會發(fā)

出聲響。無源器件的內(nèi)部并沒有沖擊源，且不能通過直流信號進行歌唱。有源

蜂鳴器一般比無源蜂鳴器價格貴，因為有源蜂鳴器的內(nèi)部有多個振蕩電路；

6

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

2）外觀區(qū)別：兩者之間的高度稍微是有點區(qū)別，有源蜂鳴器，高度為9毫

米，而無源蜂鳴器的高度只有8毫米。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時，

可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種

是有源蜂鳴器；

3）甄別方式：除了從外觀上區(qū)別，還可以用萬用表來進行測試，黑表筆連

負，紅表筆在另外一端相互碰觸，如果觸發(fā)出聲響的且電阻只有8Ω或16Ω的，

那么就是無源蜂鳴器，如果能發(fā)出持續(xù)聲音的，且電阻在幾百歐以上的，那么

也就是有源蜂鳴器；

無源蜂鳴器的優(yōu)點是：

（1）價格比較便宜

（2）聲音的頻率可以控制，可以做出“DOXILASOFAMIREDO”的效

果

（3）部分情況下，想要程序控制方便可以和LED復(fù)用一個控制口；蜂鳴器

電路如圖3-6：

圖3-6蜂鳴器電路圖

3.5按鍵設(shè)置

采用了單片機的P1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4，P1.5，P1.6，P1.7八個

接口，按鍵產(chǎn)生不同的頻率，獲取我們需要的音階，最后你可以自由播放你想

要表達的音符。按鍵原理圖如圖3-7：

7

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖3-7按鍵電路圖

3.6發(fā)音源代碼

voidPlay(uchary)

{

uchari;

for(i=0;i<100;i++)

{

BEEP=~BEEP;//對蜂鳴器電平求反

DelayMS(y);

}

BEEP=1;//給蜂鳴器一個高電平

}

3.7單個按鍵源代碼

if(K1==0)

{

DelayMS(10);//按鍵去抖動

if(K1==0)

{

num=1;

P0=table[num];

Play(1);

}

while(!K1);

8

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

}

4產(chǎn)品軟件設(shè)計

4.1主函數(shù)模塊

（1）程序啟動初始化，包括定時器初始化、中斷設(shè)置、LCD顯示初始化、數(shù)碼

管初始化等；

（2）等待按下按鈕運行程序，執(zhí)行演奏程序或者執(zhí)行播放歌曲程序。如圖4-1

所示：

圖4-1主函數(shù)流程圖

4.2播放模塊

（1）選擇播放按鈕并使用播放子程序；

（2）選擇播放程序中存儲的聲音頻率；

（3）將初始值設(shè)置為T0，對應(yīng)于頻率，交替每個音符的聲音以形成歌曲。如圖

4-2所示：

9

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖4-2播放模塊流程圖

4.3演奏模塊

（1）判斷鍵值；

（2）演奏鍵按下時進行音階鍵掃描，得到所按下的鍵碼；

（3）根據(jù)按鍵代碼選擇合適的頻率；

（4）根據(jù)頻率T0分配初始值；

（5）啟動T0;

（6）當T0計時結(jié)束時，它進入中斷。然后再次重啟T0，聲音由輸出方波產(chǎn)生。

如圖4-3所示：

10

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖4-3演奏模塊流程圖

4.4數(shù)碼管模塊

（1）確定按下鍵值；

（2）數(shù)碼管根據(jù)所按下的鍵值顯示高、低、中音；如圖4-4所示：

圖4-4數(shù)碼管模塊流程圖

11

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

5主程序流程圖設(shè)計

主程序流程圖如5-5：

主程序流程圖5-5

6產(chǎn)品使用說明

6.1軟件調(diào)試

運用Keil進行嵌入式開發(fā)軟件有下列幾個步驟：

（1）打開Keil軟件；

（2）創(chuàng)建一個新工程，然后選擇運用的芯片，再進行工程配置；

（3）寫.c或匯入編源文件；

（4）編寫產(chǎn)品程序；

（5）修改程序中的錯誤代碼；

12

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

（6）通電調(diào)試產(chǎn)品。

顯示0Error（s），0Warning（s）.

程序編譯成功（無錯誤）。

7設(shè)計總結(jié)

從這次的畢業(yè)設(shè)計中我不僅學(xué)到了許多做事的方法也學(xué)到了許多對人生態(tài)

度。經(jīng)過我們的努力，在仿真軟件和實物上都實現(xiàn)了7個音符的發(fā)聲，讓我有

了一定的成就感和滿足感，也使我更加進一步熟悉和掌握了單片機?？偠?/p>

之，通過這次課程設(shè)計，我清楚明白了完成一個作品需要我們不斷去發(fā)掘和努

力并為之堅持不懈的努力下去。

13

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

8參考資料

[1]基于STC89C52單片機的指紋密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].楊朋飛,聶亮,陳靖,蔡長

龍.傳感器與微系統(tǒng).2020(05)

[2]基于單片機的溫度報警器[J].柳文靜.電子測試.2020(03)

[3]基于無線通信技術(shù)的溫度報警器設(shè)計與實現(xiàn)[J].梁越勇,季航宇,浦希成.計算機與

數(shù)字工程.2018(11)

[4]簡易溫度報警器設(shè)計與實現(xiàn)[J].金帥.自動化技術(shù)與應(yīng)用.2018(01)

[5]基于AT89S52單片機的數(shù)字溫度報警器實現(xiàn)[J].李華,魏光杏.西安文理學(xué)院學(xué)報

(自然科學(xué)版).2016(06)

[6]基于51單片機的溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計研究[J].孫曉倩.赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)

版).2015(24)

[7]基于AT89S52和DS18B20的數(shù)字溫度報警器的設(shè)計[J].余紅珍,秦宗鋒.自動化技

術(shù)與應(yīng)用.2012(12)

[8]基于AT89S52單片機的紅外遙控溫度報警器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].聶茹.電子設(shè)計工

程.2012(21)

[9]基于單片機的溫度報警器的設(shè)計與仿真[J].