. . . . 基于AT89S51单片机的电子琴设计 摘 要：随着电子产业的发展和人民生活水平的提高，电子琴在人们生活中将扮演着越来越重要的角色，它改善人们的生活，给人们带来快乐和冶人的情操。本文设计是在充分了解音乐音阶基础上，以Atmel公司的AT89S51单片机作为核心控制器件，通过程序控制与键盘，运放电路，扬声器等电路设计成的电子琴。 关键词：AT89S51，电子琴，proteus仿真 Abstract: Along with the development of the electronics industry and the improvement of peoples living standard, the keyboard will play a more and more important role in peoples life, improve peoples life, it brought people joy and edify ones sentiment. This article is designed on the basis of fully understand the music scales, taking Atmel AT89S51 as the core control device, through process control and keyboard, op-amp circuit, speakers circuit design, including the keyboard. Key words: AT89S51, electronic organ, proteus simulation . . . 1 绪论 随着人们生活水平的提高和电子产业的高速发展，越来越多的电子产品融入到人们的生活当中，电子琴也不例外，它作为一种冶人们情操，给人们生活增添乐趣的一种乐器，在生活中扮演比较重要的角色。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域， 通过对单片机系统的学习和认识，我认识到通过AT89S51单片机p1输入到系统，可以完成此简易电子琴的任务。单片机结构简单、价格低廉、原理简单、 体积小，携带方便、性价比高，使用AT89S51单片机做电子琴是我的不二选择。2 总体方案本次设计重点主要是从系统结构框图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电路部分的元件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。包括硬件部分和软件部分。总体设计框图如图1所示 图1 总体设计框图2.1 控制模块选择方案 采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51与MCS-51 兼容，具有4K字节可编程FLASH存储器；两个16位定时器/计数器 ；低功耗的闲置和掉电模式； 片振荡器和时钟电路，使用方便，声音是有震动产生的，每个音符都对应了频率，利用定时计数器T0工作方式定时方式，通过改变TH0和TL0的值， 就可以产生不同频率的脉冲，例如像产生523Hz的脉冲，其周期1/523=1912us.因此只要让定时T0定时956us后，使P1.0取反，就可以在P1.0引脚输出一个频率为52Hz的脉冲，若晶振的频率飞为6MHz，则计数值为956/2=478，而计数器的初值为65536-478H=65058=OFF22H,即TH0=OFFH,TL0=22H。这样每个音符都对应了一个T值。6MHz 的晶振各音符T值如图2-1音符频率T值音符频率T值126264582152365058229464685257865110333064778365965165434964819469865178539264898578465217644064968688065252749465030798865283图2-1 各音符T值图另一方面是每个音符的发音长度，各节拍与时间的设定如图2-2曲调值1/4拍时间1/8拍时间调4/4125ms62ms调3/4187ms94ms调2/4250ms125ms图2-2 节拍与时间设定图2.2 按键选择方案 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键。3 硬件设计本次设计是根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制器AT89S51、七段数码管显示模块、扬声器。3.1 AT89S51AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)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80S51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 图3-1 AT89S51引脚图主要功能特性1、4k Bytes Flash片程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、6个中断源；5、2个16位可编程定时器/计数器；6、2个全双工串行通信口；3.2 矩阵式键盘的识别和显示3.2.1矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口(如P1口)就可以构成4*4=16个按键，比直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。如图3-1图3-2 矩阵式键盘结构3.2.2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”。 行扫描法行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法.判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.2.3键盘口必须具有的四个功能键盘接口必须具有去抖动、防串键、按键识别和键码产生4个基本功能。 （1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关，一般为520mm。所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。 （2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。 （3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。线反转法的基本思想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。 （4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码。 3.3 七段数码管3.3.1七段数码管简介 (图3-3)a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA上面这个只是七段数码管引脚图，其中共阳极数码管引脚图和共阴极的是一样的。（共阳管与共阴管的判断方法：在公共端加高电平，段码端加低电平，看是否点亮二极管，若亮则为共阳管，不亮则为共阴管） 图3-3 七段数码管引脚图3.3.2数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。3.4 功率放大器功率放大器工作原理：利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集