摘 要

本设计是一个基于单片机的电子琴硬件装置设计，根据单片机技术原理，通过硬件电路的绘制、软件程序的编译，以及对硬件和软件进行调试运行，设计制作出一个满足基本功能需求的简易电子琴，即十二个按键对应十二个不同的音阶发声，同时具有音乐自动播放功能。

电子琴装置系统的硬件部分使用单片机作为核心控制芯片，由矩阵键盘电路、复位电路、时钟振荡电路、音频放大电路、供电及稳压电路以及USB转串口通信电路等部分共同组成。该电子琴系统软件部分由键盘扫描模块、音频处理模块和音乐自动播放模块等构成，使用KEIL软件对电子琴装置的源程序进行编程设计，并配合所制作的实物进行调试，发现并解决问题，实现电子琴功能。

本次电子琴硬件装置设计先后从硬件、软件入手，逐步进行研究和完善，最终实现了电子琴按键发声和播放所存储音乐的功能，并且从原理图、主要芯片、各模块原理和各模块的程序调试进行阐述。该装置的电路设计比较简单，同时兼具有完善的软件功能，而系统稳定、价格低廉等优点也使其有相当大的研究意义。

关键词：电子琴；单片机；音频处理；键盘

Abstrat

This design is a electronic organ hardware devices based on the single-chip, according to the principle of microcontroller technology, by drawing a circuit diagram of the hardware, writing program, and commissioning hardware and software, to design and produce a simple keyboard which can meet basic functional requirements, that twelve buttons corresponding to twelve different sounding scales, at the same time has music autoplay feature.

The hardware of electronic organ device system using a microcomputer as the core control chip, composed with the part of matrix keyboard circuit, reset circuit, a clock oscillation circuit, audio amplifier circuit, power supply and voltage regulator circuit and USB-to-serial communication circuit. The software of keyboard part from the keyboard scan module, an audio processing module and the module automatically play music, using KEIL to design programming source of keyboard device, and debugging the physical which is produced, then identify and solve problems , achieve organ features.

The hardware of electronic organ device start designing hardware, and software successively research and improvement gradually, finally achieved functions that sound when the keyboard button is pressed and play the music stored，and elaborate from the schematic, the main chip , the principle of each module and debugging each module program. Circuit design of the device is relatively simple, and at the same time has a complete software functionality, and the system is stable, low cost, etc. it also has considerable significance.

Keywords: electronic organ; microcontroller; audio processing ;keyboard

目 录

摘 要 I

Abstrat II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 电子琴总体方案设计 3

2.1 电子琴基本原理 3

2.2 电子琴系统总体构成 4

2.2.1 电子琴硬件设计方案 4

2.2.2 电子琴软件设计方案 5

第3章 电子琴硬件系统设计 7

3.1 单片机主控部分 7

3.1.1 芯片选择 7

3.1.2 晶振电路设计 8

3.1.3 复位电路设计 8

3.2 矩阵键盘电路 9

3.3 音频处理电路 10

3.3.1 芯片选择 10

3.3.2 模块电路设计 11

3.4 供电及稳压电路 12

3.4.1 芯片选择 12

3.4.2 模块电路设计 13

3.5 USB转串口通信电路 13

3.5.1 芯片选择 13

3.5.2 模块电路设计 14

第4章 电子琴软件系统设计 16

4.1 电子琴音阶的确定 16

4.2 电子琴主程序设计 17

4.2.1 键盘扫描程序设计 18

4.2.2 音频处理程序设计 20

4.2.3 音乐播放程序设计 20

第5章 实物制作与调试 23

5.1 实物制作与经济性分析 23

5.1.1 实物制作 23

5.1.2 方案经济性分析 24

5.2 电子琴硬件调试 25

5.3 电子琴软件调试 26

第6章 总结与展望 27

参考文献 28

致 谢 29

附 录 30

附录A 电子琴硬件装置设计原理图 30

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

电子琴又称电子键盘，是一种电子合成器，其音域宽广，表现力丰富，可模仿多种音色。作为流行音乐的三项主流乐器之一，电子琴具有鲜明的时代特色，其发展也与科学技术的发展密切相关。正是因为现代电子技术的进步，使得一些机械的装置正逐步趋于电子化，而这种技术上的进步及发展促进了乐器各方面的改革，由此出现了许多新型的电子乐器，电子琴就是其中的代表之一。

电子琴最初是以管风琴为参照而制造的，而管风琴复杂的结构、庞大的体积、昂贵的价格也是其主要缺点。为了使之轻便，人们把目光投向电能应用，随后人们发明了用电磁线圈产生音阶信号的电风琴和有实用意义的哈蒙德琴。哈蒙德琴是利用机电的原理发出声音，现在的双排键电子琴就是以它的形状和构造作为基础而制作。而在美国电子琴研究的基础上，藉由科学技术的进步，使用晶体管代替电子管，提高了其综合性能，从而世界上第一台双排键电子琴被制造出来。随后又陆续制造出立式电子琴、合成器、便捷式单键盘电子琴、电子合成器和电钢琴、双排键电子琴等一系列不同类型的电子琴。时至今日，电子琴的技术发展与更新换代仍在继续。