课程设计报告
基于单片机的电子琴控制系统
专业班级：* 姓 名：*
时 间：20xx.12.22~20xx.1.9
指导教师：*
20xx年 1月 10日
基于单片机的电子琴控制系统课程设计任务书
1.设计目的与要求
设计出一个基于单片机的电子琴控制系统。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：
（1）实现基本的音符1-7的弹奏和数码显示。
（2）自动弹奏播放一首简单的歌曲。
（3）随机弹奏曲子时，可以实时记忆，并可复读（重复播放）。（扩展功能，可选择设计）
2.设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出。 3.编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4.答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
基于单片机的电子琴控制系统
班级：* 姓名：*
摘要：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，采用半导体集成电路,对乐音信号进行放大,通过扬声器产生音响。用户可以自己弹奏乐曲，也可以自动伴奏。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，便于设计各种以单片机的控制系统。本课程设计是用AT89S51单片机控制元件，用其他外围电路配合单片机组成一个简单的电子琴控制系统，能实现音乐弹奏，自动播放音乐等功能。本系统功能由单片机控制实现，具有运行稳定，电路简单，软件功能完善，控制系统可靠等特点。
关键词：电子琴，单片机，外围电路，系统分析，汇编程序，仿真，PCB，调试
1 引言
本次设计的电子琴控制系统由单片机最小系统加上按键电路，数码显示电路，声音播放电路组成，通过单片机内烧写的汇编程序来输出控制信号控制外围电路的工作。电子琴设计不同于其他设计，需要输出1到7七个不同音阶的声音，因此信号的输出有其特殊性，可以利用单片机定时计数器产生不同频率的方波信号来形成七个不同的音阶，不同音阶的组合就能输出我们想要的音乐了。各个音阶的信息加以控制系统就能实现电子琴系统的设计。
2 总体设计方案
2.1 设计思路 2.1.1 硬件部分
由于需要实现的系统功能有按键输入7个音阶，按键播放预置的音乐，复位，数码管显示按键输入的音阶，播放声音。因此确定几个电路模块：复位电路，按键电路，数码管显示电路，声音输出电路。为了使单片机能正常工作还需要晶振输入电路。输入信号从单片机指定引脚输入，输出信号从指定引脚输出。为了后期PCB图制作的方便，有必要在设计电路时考虑优化。
2.1.2 软件部分
软件设计思路和硬件相似，硬件分为几个不同的功能模块，软件也就对应分为几个模块。软件可分为：主程序，音阶设置程序，按键设置程序，数码显示程序，声音输出程序，定时计数器控制中断程序，延时程序，预置音乐数据表格等。各模块之间互相调用形成完整的电子琴控制系统。由于电子琴要输出不同频率的音阶，因此需要知道有关各个音阶对应频率的相关资料。编写程序时应特别注意程序信息与电路信息的对应。
2.2 设计方框图
硬件设计图见附录图1。 软件设计图见附录图2。
3 设计原理分析
3.1 振荡电路的设计
振荡电路为单片机工作提供基准定时信号，其他信号在此信号基础上产生。振荡信号由晶体振荡器产生，51单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入端（XTAL1，XTAL2）对外，只要外接晶振和电容组成的并联谐振回路，就构成一个自激振荡器，振荡器的频率取决于晶体的振荡频率，一般为12MHz，电容C1和C2的值有微调作用，一般取30pf左右。
振荡电路图见附录图3。 3.2 复位电路的设计
51单片机提供一个复位引脚RST，只要在其上施加持续一定时间的高电平。提供复位高电平的电路需要从外部接入RST引脚。实现复位功能的电路有多种形式。图4为此次采用的复位电路。上电时，+5V电源立即对单片机供电，同时给C3，C4充电，按下按键时RST上出现高电平，实现复位。电阻起限流作用。
复位电路图见附录图4。 3.3 按键电路的设计
按键电路由7个音阶输入按键1至7（分别对应7个音阶：do，rai,mi,fa,so,la,xi），和音乐选择按键8组成，接于p1口，7个按键代表7个音符。当按下按键时，单片机通过查询所按下的键，读取电子琴输入状态，跳转到对应的程序人口，实现按键发音。当读取需要电子琴已储存的歌曲时，按下按键8即可轮流播放以存储的歌曲。
按键电路图见附录图5。 3.4 数码管显示电路的设计
数码管显示电路由一个共阳极数码管和+5V电源输入组成。数码管的信号输入端接单片机的p0口。数码管由8个LED组成，其中7个用来组成数字，另外一个显示小数点。由于是共阳极，8个LED的正极组成公共端接高电平，当p0的8个端口的输出电位和LED的公共端形成高低电位时，对应的LED就导通从而被点亮，通过编程控制p0口输出电信号使相应的LED点亮显示出期望的数字。在此系统中按键的同时，数码管会显示对应的数字，此功能需要编程来实现，按下不同的键之后单片机会向p0口发送不同的8位二进制数用来点亮数码管，此8位二进制数可由共阳极数码管编码表查得。
数码管显示电路图见附录图6，共阳极数码管编码表见附录表1。 3.5 声音输出电路的设计
此电路由电阻，npn三极管，扬声器组成，声音信号由单片机的p3.4口输入电路。电信号流入三极管的基极，三极管的集电极接+5V电源，电信号经三极管放大后由发射极流出并流入扬声器的正极，使扬声器发声。电阻有调节电路的作用。单片机的p3口既有普通的输入输出功能，还有第二功能，此处使用的是第二功能。当有按键按下时，p3.4口会输出相应的`不同频率的方波信号，三极管也同频率导通，从而使扬声器发出声音。
一.实习目的与意义
1.实习目的
通过实习提高自己的对社会的认知能力，同时理论联系实际，让自己迅速适应社会，跟上新兴产业前进的快速步伐。通过理论与实际的结合、学校与社会的沟通，进一步提高学生的思想觉悟、业务水平，尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养自己成为能够主动适应*现代化建设需要的高素质的复合型人才。
2.实习要求
实习学生具有双重角色，既是学校的学生，又是实习单位的工作人员。鉴于此，首先，必须以正式工作人员的身份进行实习。不可以因为实习生身份而放松自己，要严格遵守实习单位的有关规章、制度和纪律，积极争取和努力完成领导交办的各项任务，从小事做起，向有经验的同志虚心求教，尽快适应环境，不断寻找自身差距，拓展知识面，培养实际工作能力。其次，以“旁观者”的身份实习。在实习过程中，要自觉服从实习单位的安排，与此同时，也要把眼光放高远，从公司工作的全局出发，了解公司运行的基本规律、从业人的基本心态、行政管理的原则等，这种观察和训练能够使我在更广的层面熟悉工作技巧，增强适应能力。最后，以“研究者”的身份实习。要在实习前通过“双向选择”(指定、自定)方式确定一些研究课题，积极探索理论与实践相结合的途径，利用实习机会深入社会，为正是步入社会工作做好准备。
二.实习内容
本着对工作的憧憬，走进了-----电气有限责任公司，我在公司所从事的工作是故障测试以及一些简单的维护，在真正投入到工作之前，我在网上查询了许多与工作相关的要求，了解了作为一个测试人员必须耐心，细心和平和的心态，尽可能早一些找出产品缺陷，提高产品的质量，降低维护的成本，尽一切努力满足客户的需求。测试员必须具备探索精神，有创造性，追求完美，判断准确，老练稳重，强的说服力等素质，同时也还必须是个故障排除能手，等等。还没看完就发现自己离这些要求真的好远，更进一步认识到自己必须要全心全意投入工作，虚心请教，一切都得从头开始。
另外，测试并不是单纯意思上的机械的“测试”，它首先要求对产品非常熟悉，不管是从功能上还是操作上。更为重要的还有就是我们要了解客户的需求，根据客户的要求来测试，看看产品是否能达到他们的要求。而从这些方面考虑则要求我们必须比任何人都要熟悉产品的一切。
作为实习生，我严格的要求自己，甘于吃苦，任劳任怨，尽心尽力，遵守公司的规章制度，主动打扫办公室卫生，尊重领导，维护领导的威信，适应领导的工作习惯、工作方法、工作风格以及工作特点。主动向领导、向办公室同志学习，取长补短，加强沟通，增进了解，提升能力。对领导和办公室交办的日常文字材料，即接即办，保证按领导的要求按时、准确办结，不断提高工作效率。
在一周的实习过程中最挑战我动手潜力的一项训练就是焊接。焊接是金属加工的基本方法之一。其基本操作“五步法”——准备施焊，加热焊件，熔化焊料，移开焊锡，移开烙铁(又“三步法”)——看似容易，实则需要长时间练习才能掌握。刚开始的焊点只能用“丑不忍睹”这四个字来形容，但焊接考核逼迫我们用仅仅一天的时间完成考核目标，能够说是务必要有质的飞跃。于是我耐下心思，戒骄戒躁，慢慢来。在不断挑战自我的过程中，我拿着烙铁的手不抖了，送焊锡的手基本能掌握用量了，焊接技术日趋成熟。当我最后能用最短时间完成一个合格焊点时，对焊接的恐惧早已消散，取而代之的是对自己动手潜力的信心。在这一过程当中深深的感觉到，看似简单的，实际上可能并非如此。在对焊接实习的过程中我学到了许多以前我不明白的东西，比如，像实习前我只明白有电烙铁，不明白它还有好多种类，有单用式、两用式、调温式、恒温式、直热式、感应式、内热式和外热式，种类这么多。还有就是在挂锡以前不能用松香去擦拭电烙铁，这样会加快它的腐蚀并且减少空气污染，等等。但是我也遇到了很多不明白的地方，为什么要对焊接物进行挂锡，是为了防止氧化吗，只要我将被焊接元件的表面清洗干净不就能够了吗，不明白。
焊接挑战我的动手潜力，那么印制电路板图的设计则是挑战我的快速理解新知识的潜力。在我过去一向没有接触过印制电路板图的前提下，用一个下午的时间去理解、消化老师讲的资料，不能不说是对我的一个极大的挑战。在这过程中主要是锻炼了我与我与其他同学的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。因为我对电路知识不是很清楚，能够说是模糊。但是当我有什么不明白的地方去向其他同学请教时，即使他们正在忙于思考，也会停下来帮忙我，消除我得盲点。当我有什么想法告诉他们的时候，他们会不因为我得无知而不采纳我得推荐。在这个实习整个过程中，我虽然只是一个配角，但我深深的感受到了同学之间友谊的真挚。在实习过程中，我熟悉了印制电路板的工艺流程、设计步骤和方法。麻烦的就是直线都要构成直角状，不能弯曲。最终我还是未能独立完成印制电路板图的设计，不能不说是一种遗憾。这个实习迫使我相信自己的知识尚不健全，动手设计潜力有待提高。
透过一个星期的学习，我觉得自己在以下几个方面与有收获:
一、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程等。这些知识不仅仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习有很大的指导好处，在日常生活中更是有着现实好处。
二、对自己的动手潜力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手潜力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的潜力。比如做收音机组装与调试时，好几个焊盘的间距个性小，稍不留神，就焊在一齐了，但是我还是完成了任务。虽然焊接完成的作品最终在示波器不能放大波长，但我还是觉得挺满意的，毕竟自己努力付出过，努力过!
一 、实训任务要求
按照自己的想法和设计，实现预期的功能效果。
二、 实训目的
1、培养动手能力，在实践中加强对理论知识的理解。
2、掌握对电子元器件识别，相应工具的操作，相关仪器的使用， 电子设备制作、装调的全过程的方法。
3、掌握查找及排除电子电路故障的常用方法。
4、学习使用proteus、protel电路仿真与设计软件，动手绘制电路图。
5、使用Altium Designer绘制简单的PCB图，掌握印刷电路板的一 些流程和步骤。
三、实训步骤:
1、设计方案的选择：
一开始准备不用锁存器，但是51单片机可控的IO口只有四组，仅仅一个8*16的LED点阵就耗费了三组。为了节省IO口，实现其他的功能最终选择了增加三个锁存器，详细看附录里面的实物展示图。
2、电路原理分析：
通过51单片机的控制，用8*16的LED点阵实现小游戏俄罗斯方块。 通过51的P2口给8*16的LED点阵发送显示数据，与P2相连的是三个锁存器（74HC573），通过锁存端的控制由P2口分三次发送数据给LED点阵，通过扫描的方法实现8位IO口控制24位显示。单片机处理速度是很快的，人眼睛能辨别的事物变化的时间1/24秒，由于视觉暂留作用我们看到的便是整个屏幕都是同时工作者的，其实同一时刻只有一个灯在亮，我们看到的都是余辉。
通过P0口控制一个七段数码管用于俄罗斯方块的得分现实，同时蜂鸣器会发出滴滴声，表示得分了。
P1口控制一些操作按键，主要功能是控制LED点阵显示的方块左右的移动、快速下降、以及暂停复盘等功能。
注：详细请查看附录一的原理图。
3、芯片封装及功能：
74HC573封装：20引脚双列直插
功能：数据的锁存，从而实现单片机8位数据端控制24位。 就是通过3个锁存器分别对数据的锁存和开放实现的。89C52封装：40引脚双列直插
功能：通过IO口对外部期间的控制。
4、电路制作与调试
制作PCB流程：
Altium Designer画出原理图 →生成PCB →布线 → 设置线宽、过孔大小 ↓
清洁版上的油墨 ← 腐蚀电路板 ← 过热 ←打印机转印 调试：
焊接完成后要注意检验电气连接是否正常，用电表的欧姆档测量布线两端的阻值的方法。然后安装上芯片看看能能否正常工作，最后调整工作参数。
四、实训心得
上一学期的实训经历让我初步掌握了焊接的基本技术，认识实习过程中的各种电子元器件。
通过这学期的实训进一步强化了自己的焊接技术，对元器件不再仅仅是认识，而是更进一步的了解了他们的用途和使用方法。对自己的动手你能力也得到了进一步的提高。
紧接着我就开始学习用Altium Designer来画电子原理图进而生成PCB，刚刚接触到Altium Designer的我一开始觉得很难去画一个正式的电路图，有时找个元件都要找很久，但是练习了一段时间之后，我能够比较准确的画出简单的电路图和添加适当的封装了，并且学会了寻找一些常用的电子元件和其对应的封装以及Altium Designer的一些基本操作。而且对PCB的印刷流程有了比较清楚地了解。
对于测试可不是一个简单的事情，测试调试是一个非常艰难而又需要耐心的任务，但是它的目的和意义是十分重大的。通过对我的PCB的检测与调试，培养检测能力及一丝不苟的科学作风。首先我们要检查焊接的地方是否使印刷电路板损坏，检查个电阻是否同图纸相同，各个电容、三极管是否有极性焊错、位置装错以及是否有电路板线条断线或短路，焊接时有无焊接造成的短路现象，电源的引出线的正负极是否正确。
进一步的检测—定在通电状态下，仔细调节，如果调节失败，要按照一定的顺序和逻辑进行排查，忙乱的检测只会事倍功半，因此在整个过程中我们一定要有耐心、心平气和。一直找不到错误的时候是很容易抓狂烦躁的，注意调整心情！
通过两个星期的实训，我觉得自己在以下几个方面还尚欠缺：
1、仅仅实现了俄罗斯方块的一部分内容，自己设计做的仅仅只有四方格。这一点上有待于改进，而求自己在程序设计上还是非常不熟练的，甚至可以说是很生疏的。
2、在电路故障排查上，感觉能力上很是不足。在一段时间查找不到故障原因的时候，经常会出现心情烦躁、抓狂，甚至都有想过不它摔了！主要原因还是没有一套自己的逻辑和和恰当的顺序去排查。太过盲目了，这也是急需改进的的一点。
3、很容易自满或自卑，应该多放点时间充实自己。这样才不会夜郎自大或是妄自菲薄。
4、还有一点也是有待提高的，就是焊接技术！看网上的视频焊接高手们焊贴片的元器件，用拖焊几秒钟的时间都可以焊好20多甚至更多个引脚，现在的我是望尘莫及的。
通过两个星期的实训，我觉得自己在以下几个方面有所收获：
1、对电子工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对电子技术的 学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着很多用途。
2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就谈不上在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实训中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如做电路板焊接与调试时，好几个焊盘的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，这就需要我们在焊接的时候做到认真心细了。
3、这次实习，使我更深刻地了解到了实践的重要性，通过实习我们更加体会到了“学 以致用”这句话的道理，终于体会到“实习前的自大，实习时的迷惘，实习后的思考”这句话的含义了，有思考就有收获，有思考就有提高。我在以后会再接再厉，更好地从学习走向实践。