基于STC89C51單片機的電子琴設計

發(fā)布時(shí)間:2010-11-5 19:12    發(fā)布者:techshare
關(guān)鍵詞: STC89C51 , 單片機 , 電子琴
隨著(zhù)計算機在社會(huì )各領(lǐng)域的滲透,單片機的應用正在不斷地走向深入,同時(shí)帶動(dòng)著(zhù)工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、家電以及玩具的日新月異更新,極大地提高了電子電路及系統設計質(zhì)量和效率。本設計是以主控芯片STC89C5l為中心器件,輔以小鍵盤(pán)、LCD顯示和功放電路及揚聲器等來(lái)設計電子琴系統。同時(shí)詳細論述了該系統的設計過(guò)程及關(guān)鍵技術(shù)。

1 系統硬件組成

電子琴的控制電路分為單片機STC89C51、工作指示LED、LCD顯示器、按鍵輸入、喇叭接口等幾部分。其硬件電路結構框圖如圖1所示。




1.1 單片機STC89C51簡(jiǎn)介

STC單片機是一款增強型5l單片機,完全兼容MCS-51。STC89C51可以代替AT89C51,而且功能更強,速度更快,壽命更長(cháng),價(jià)格更低。該單片機具有40個(gè)引腳,采用雙列直插DIP-40封裝。STC89C51可以完成ISP在線(xiàn)編程功能,而AT89C51則不能。因此,將AT89C51中的程序直接燒錄到STC89C51中后,STC89C5l就可以代替AT89C51直接工作。STC推出的系列51單片機芯片全面兼容其它51單片機。STC89C51內部有E2PROM,可以在程序中修改,而且斷電不丟失數據。此外,還增加了兩級中斷優(yōu)先級等等,STC89系列單片機的基本特性如圖2所示。





通常電子琴所輸入的音階值都先存入變量數組中,演奏時(shí)才逐一取出來(lái)播放單音。程序中的變量使用的是內部存儲器RAM,范圍為空間30H~7FH,因此,其程序內存規劃是:RAM地址30H~70H存放音階值,最大內存空間為64字節;RAM地址71H~7FH存放程序其他變量。程序執行后,工作指示LED閃動(dòng),表示程序開(kāi)始執行。當按下鍵盤(pán)組中的相對按鍵時(shí),壓電喇叭會(huì )發(fā)出相對音階單音,全系統共有2個(gè)8度音階,DO~SI,HI DO~HI SI,14個(gè)音階,所輸入的單音會(huì )存入89C5l內,至多可以輸入64個(gè)單音,并可以一起演奏出來(lái),同時(shí)還有清除存儲功能,可將原數據清除后再重新輸入。

1.2 LCD硬件接口

本設計所用LCD的引腳如圖3所示,其中,DO~D7為雙向數據總線(xiàn),LCD數據讀寫(xiě)方式可以分為8位及4位兩種。若以8位數據進(jìn)行讀寫(xiě),則DO~D7皆有效,若以4位方式進(jìn)行讀寫(xiě),則只用到D7~D4。RS為寄存器選擇控制線(xiàn),當RS為O且做寫(xiě)入操作時(shí),可以寫(xiě)指令寄存器;若RS為l,則用于讀寫(xiě)數據寄存器。P/W為L(cháng)CD讀寫(xiě)控制線(xiàn),R/W為0,LCD執行寫(xiě)作,R/W為1時(shí),則做讀操作。VO為亮度調整電壓輸入控制引腳,輸入0V時(shí),字符顯示最亮。




LCD可以實(shí)時(shí)顯示目前演奏的單音碼,可以實(shí)時(shí)顯示所存儲的單音計數。按鍵9是清除鍵,可將存儲的單音計數清0;按鍵8是放音鍵,可將內存中的單音逐一演奏出來(lái),演奏中可以按K4鍵來(lái)中斷。本設計使用一般的LCD顯示器來(lái)顯示音樂(lè )演奏的消息及單音碼。按下鍵盤(pán)組按鍵,喇叭就會(huì )發(fā)出相對音階。將這些音階存儲起來(lái)然后放音,就可成為自動(dòng)演奏電子琴。

1.3 鍵盤(pán)掃描

整個(gè)4x4鍵盤(pán)按鍵的分配及配置原理圖如圖4所示。圖4中為16鍵的控制電路,使用AT89S51端口2的8條I/O線(xiàn)做16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)掃描,并由P2.0~P2.3送出掃描信號,而由P2.4~P2.7讀取按鍵數據返回碼。表l所列是4x4按鍵與音階的對應表。









2 系統軟件設計

由于本系統可以產(chǎn)生各種頻率的聲音,所以可由喇叭發(fā)出“DO”、“RE”、“ME”……的音階。系統中的定時(shí)器O工作于模式0,計時(shí)時(shí)長(cháng)可根據所發(fā)音的頻率而定,表2所列是各個(gè)音符所對應的頻率值。而由頻率值推得的定時(shí)器計數初值。則可由以下關(guān)系式求得:





式中,f為頻率值;t為方波的寬度,以μs表示;co為定時(shí)器所計數的次數,lo為計數初值的低字節,hi為計數初值的高字節。圖5所示為主程序的工作流程。









3 結束語(yǔ)

本文中所設計的具有存儲功能的電子琴是由STC89C51單片機、小鍵盤(pán)、LCD以及音頻功放電路和揚聲器組成的。利用該電子琴電路。用戶(hù)可以自由地輸入音符,從而使揚聲器發(fā)出悅耳的音樂(lè )。此外,通過(guò)改變按鍵式電子琴的控制程序,也可以設計不同類(lèi)型的電子琴。還可以通過(guò)擴展RAM的方法增加內存容量,從而更大地發(fā)揮電子琴的存儲功能。
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