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实验报告：基于51单片机的简易电子琴设计与实现

实验背景

本实验旨在设计和实现一个基于51单片机的简易电子琴，通过按键控制不同频率的声音输出。该系统可以模拟电子琴的基本功能，通过按键的不同组合，产生对应音调的声音。

实验器件与连接

器件清单

51单片机（STC89C52）
蜂鸣器
按键（6个）
电阻、电容等基本元器件
面包板及连接线
Proteus仿真软件

硬件连接

单片机：使用STC89C52作为主控制芯片。
蜂鸣器：连接到P1^6引脚，用于发声。
按键：6个按键分别连接到P2口，用于选择不同的音调。
电源：提供稳定的5V电源给单片机和外设。

硬件连接示意图如下：


+-------------+        +----------+
|             |        |          |
|  STC89C52   |        | 蜂鸣器   |
|             |        |          |
|   P1^6 -----+-------->          |
|             |        +----------+
|             |
|  P2.0-P2.5--+
|    |  |  |  |       +---------+
|    |  |  |  +------>| 按键1   |
|    |  |  +--------->| 按键2   |
|    |  +----------->| 按键3   |
|    +------------->| 按键4   |
|                 +->| 按键5   |
|                 |  | 按键6   |
+-----------------+  +---------+

设计原理

电路原理

该设计利用51单片机的I/O端口控制蜂鸣器发声，通过定时器产生不同频率的方波，从而产生不同音调。按键用于选择不同的音调，按键按下时单片机读取按键值并控制蜂鸣器发出相应频率的声音。

程序原理

程序主要分为以下几个部分：

音调频率定义：定义低音、中音和高音的频率。
定时器初始化：配置定时器用于产生不同频率的方波。
按键扫描：检测按键输入，根据按键值选择相应的音调。
中断服务程序：通过定时器中断产生方波，从而驱动蜂鸣器发声。

主要函数解析

定时器初始化函数

c
void init_timer(void) {
    EA = 1;            // 开总中断
    ET1 = 1;           // 定时器T1中断允许
    TMOD &= 0x0f;
    TMOD |= 0x00;      // 使用定时器T1的模式1（13位计数器）
    TR1 = 1;
}

该函数用于初始化定时器1，并设置为13位计数模式。

按键扫描函数

c
void ScanKey(void) {
    if (GPIO_KEY != 0xff) {
        if (GPIO_KEY == 0xff - 0x01) {
            TEMP_C = Z1;
        } else if (GPIO_KEY == 0xff - 0x02) {
            TEMP_C = Z2;
        } else if (GPIO_KEY == 0xff - 0x04) {
            TEMP_C = Z3;
        } else if (GPIO_KEY == 0xff - 0x08) {
            TEMP_C = Z4;
        } else if (GPIO_KEY == 0xff - 0x10) {
            TEMP_C = Z5;
        } else if (GPIO_KEY == 0xff - 0x20) {
            TEMP_C = Z6;
        }
        C = 460830 / TEMP_C;
        TH1 = (8192 - C) / 32;
        TL1 = (8192 - C) % 32;
        TR1 = 1;
        while (GPIO_KEY != 0xff);
        TR1 = 0;
    }
}

该函数用于扫描按键并根据按键值设置相应的频率常数。

主函数

c
void main() {
    init_timer();
    TR1 = 0;         // 关闭定时器
    sound = 1;       // 关闭蜂鸣器
    while (1) {
        ScanKey();   // 获取处理按下的键
    }
}

主函数初始化定时器并进入无限循环，持续检测按键输入。

定时器中断函数

c
void Time1(void) interrupt 3 {
    sound = !sound;               // 将P3.7引脚输出电平取反，形成方波
    TH1 = (8192 - C) / 32;      // 13位计数器TH0高8位的赋初值方法
    TL1 = (8192 - C) % 32;      // 13位计数器TL0低5位的赋初值方法
}

该函数用于定时器中断，通过改变蜂鸣器引脚的电平，产生方波，从而发出声音。

实验结果

通过按下不同的按键，蜂鸣器可以发出对应频率的声音，实现了简易电子琴的功能。各按键对应的音调准确，响应速度快，满足设计要求。

总结

本实验成功实现了一个基于51单片机的简易电子琴，通过按键控制蜂鸣器发出不同频率的声音。实验验证了定时器中断、按键扫描等基本技术在电子琴设计中的应用，为进一步的扩展和改进提供了基础。

资料


https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2

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