基于AT89C51的簡易電子琴設計與實現

彭光澤 胡正江 盧涵宇

摘要：隨著計算機和通信技術的發展，電子琴等娛樂樂器走入千家萬戶。本系統采用STC89C51單片機，設計矩陣式鍵盤模塊、LED顯示管模塊、揚聲器模塊、主程序部分、顯示程序部分、按鍵檢測部分等模塊。 經系統仿真，實現了16個獨立按鍵分別代表16個不同的音符，有高有低等功能。本設計電路耦合性好，易操作，成本低，實用性強，便于攜帶。

關鍵詞： 單片機;矩陣式鍵盤;LED顯示;電子琴

中圖分類號： TP208? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0235-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： With the development of computer and communication technology， electronic piano and other entertainment instruments have entered thousands of households. This system uses STC89C51 single chip computer to design matrix keyboard module， LED display tube module， loudspeaker module， main program module， display program module， key detection module and so on. Through system simulation， 16 independent keys representing 16 different notes are realized， which have the functions of high， low and so on. The designed circuit has good coupling， easy operation， low cost， strong practicability and portability.

Key words： MCU; Matrix Keyboard; LED Display; Electronic Piano

隨著我國經濟快速發展，人民的生活質量逐步提高，娛樂產品走入千家萬戶。電子琴等電子產品的誕生，豐富了業余生活，讓人民的生活多姿多彩。目前熱銷的有兩種電：一種是帶有腳鍵盤的立式電子琴;另一種是教育用的便攜式電子琴。這兩種電子琴都固有音色，還能模仿其他樂器及自然界的一些聲音，還都帶有自動節奏和伴奏功能。

本設計以AT89C51微控制器作為主控核心，帶有矩陣式鍵盤模塊、LED顯示管模塊、揚聲器模塊等硬件電路。硬件設計的獨立鍵盤電路有4*4=16個獨立按鍵，當用戶按下按鍵，在數碼管上會相應對應一個字符，16個獨立按鍵分別代表16個不同的音符，有高有低。軟件部分主要設計了主程序部分、顯示程序部分、按鍵檢測部分。本設計電路耦合性好，易操作，成本低，實用性強，便于攜帶。

1 系統整體方案設計

系統的整體設計由矩陣式鍵盤模塊、LED顯示管模塊、揚聲器模塊、主程序部分、顯示程序部分、按鍵檢測部分等部分組成。

2 硬件設計

2.1 主控電路

主控電路采用89C51單片機最小系統外接按鍵電路、數碼管顯示電路進行控制電子琴。51單片機性能優越，完全能滿足本設計的要求，七段數碼管顯示當前按鍵，揚聲器發出對應音符，主控電路如圖1所示。

2.2 LED顯示電路

本次設計LED顯示模塊利用P0端口，把P0.0-P0.6連接a-h筆段上，數碼管的公共端連通電源。當數碼管所有位數都同時處于同一種狀態，即顯示狀態時稱為靜態顯示。因而，這種顯示的方式具有顯示無閃爍、亮度較高等特點，而且軟件比較容易實現控制。

當需要顯示的位數不是很少時，為了節省I/O口數目，經常采用該方式顯示。這種方法是將所有的數碼管的段碼線的對應段進行并聯，再通過一個8位的I/O口控制，而由另一個單獨的I/O口線分別控制各顯示位的公共端。

2.3 按鍵電路

利用I/O口接4*4=16的矩陣鍵盤。只需要我們提供8個I/O口，就可以輕松得到16個獨立按鍵，其優點是操作容易、十分方便。

2.4 AT89C51

AT89C51是美國ATMEL公司生產的一款產品，帶有4K字節的可反復擦寫的只讀程序存儲器，內置CMOS8位微處理器——低電壓、高性能，俗名就是我們常說的單片機。它具有高密度、非易失性、兼容性好、功能強大等特點。片內帶通用8位中央處理器（CPU），還帶128bytes的隨機存取數據存儲器（RAM）和Flash存儲單元，各種控制領域皆可用到它，并且可以很靈活。

2.5 發音和節拍電路

一般規定每個音符使用1個字節，音符的高低由字節的高四位表示，音符的節拍由低四位表示，下表詳細寫出了節拍與節拍碼的關系。假設1拍為0.8s，1/2拍為0.4s，節拍的時間由延遲時間決定。假設1/8拍為1 DELAY，那么1拍應為8 DELAY，以此類推。即只要我們求得1/8拍的DELAY 時間，就可以輕松得出其余的節拍的DELAY時間。

3系統測試和實現

3.1 軟件開發環境

本設計選用Keil編譯器來進行簡單仿真，該軟件是由Keil公司設計開發的一款針對51單片機基于C語言程序的開發系統，運行該編譯器能夠實現編譯C源程序、匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創建HEX文件，以及調試目標程序。

Keil編譯器包括以下幾個組成部分。

（1）uVision2：這是一個集成開發環境，它把項目管理、源代碼編譯和程序調試燈集成到一個功能強大的環境中。

（2）C51交叉編譯器：編譯C源代碼再生成能再定位的指定目標文件。

（3）A51宏匯編器：匯編MCS-51匯編源代碼并產生可重定位的目標文件。

（5）LIB51庫管理器：合并目標文件，自動生成庫文件供連接器使用。

（6）OH51目標文件至HEX格式轉換器：從絕對目標文件創建Intel HEX格式的文件。

（7）RXT-51實時操作系統（Real-Time Operating System，RTOS）：簡化對時間需求敏感和相對復雜的軟件項目。

3.2軟件總體設計

本次設計的基本流程是先對單片機進行模塊初始化，然后再發送掃描碼，首先，判斷是否有鍵按下，如果一旦有按鍵按下，就開始掃描鍵盤矩陣，顯示按鍵，然后啟動定時器，根據KeyNo發音，按鍵不同，發音也不同，如果沒有鍵按下，則停止播放音樂。

3.3系統仿真與實現

仿真步驟如下：

1）打開keil 4，建立工程，輸入源程序代碼。

2）程序寫好之后點擊編譯，有錯則改錯，無錯就生成hex文件。生成hex文件如圖2所示。

4 結論

本文采用STC89C51單片機，設計矩陣式鍵盤模塊、LED顯示管模塊、揚聲器模塊。 主程序部分、顯示程序部分、按鍵檢測部分等模塊。仿真表明：系統設計電路耦合性好，易操作，成本低，實用性強，便于攜帶。

參考文獻：

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[2] 熊小萍，盧涵宇.模擬電子技術 [M].哈爾濱工程大學出版社，2009.

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[4] 白延敏.51單片機典型系統開發實例精講[M].電子工業出版社，2009.

【通聯編輯：光文玲】