摘 要

随着科技的创新，电子琴的发展越来越成熟，电子琴俨然成为新时代音乐的主流，不仅如此，电子琴在其微型化和多功能化方面极具研究价值，而且在玩具市场具有广阔的发展前景。

本次设计实现了一种微型电子琴，其主要包括演奏、显示和复位功能。整个设计主要以单片机为核心，外加按键、显示以及音频放大模块构建硬件电路，并在此基础上完成了相应软件的设计。设计过程中主要通过按键控制改变单片机内部的定时/计数器T0的数值，使其产生不同频率的脉冲信号，从而产生不同的音阶。通过事先设定好的延时，控制音符发声的时间，以此形成节拍，实现微型电子琴的演奏。

该电子琴能够根据用户的需要发出不同的音符，具备实现多功能、扩展性强、系统安全稳定等特点。

关键词：单片机；微型电子琴；音阶

Abstract

With the innovation of science and technology，the electronic organ has been more and more mature，becoming the main style of music in new era. Besides，there is great potential in the miniaturization and multifunction of electronic organ, especially in toy market.

This design realized several functions of electronic organ, such as performing, displaying and resetting. It is mainly based on MCU, with buttons, screens and audio amplifier attached to build hardware circuit. With hardware circuit designed, software is also ready for the complete design. The MCU controls the change of inner timer and counter T0 by buttons to produce pulse signals of different frequencies so that distinctive musical scales can be realized. By setting time delay before performing to control sounding time, the beats of music are produced to achieve the performance of electronic organ.

The electronic organ can produce different notes according to the needs of users, with the characteristics of multifunction realizing, strong extensibility and safety and stability of system.

Key Words：MCU; electronic organ; scale

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 电子琴的发展历程 2

1.3 论文主要内容及章节安排 3

第2章 微型电子琴原理及系统分析 4

2.1 电子琴的基本原理 4

2.1.1 音阶 4

2.1.2 音拍 4

2.1.3 音源 5

2.2 系统分析 6

2.2.1 系统功能分析 6

2.2.2 系统模块分析 6

2.2.3 系统硬件分析 7

2.3 本章小结 8

第3章 系统设计 9

3.1 设计原理 9

3.2 系统组成 9

3.3 模块电路设计 10

3.3.1 起振电路模块 10

3.3.2 按键电路模块 10

3.3.3 音频播放电路模块 11

3.3.4 供电及复位电路模块 12

3.3.5 数码管显示模块 12

3.4 本章小结 14

第4章 系统仿真与调试 15

4.1 电路仿真 15

4.2 实物图 16

4.3 系统调试 16

4.3.1软件仿真调试 17

4.3.2 系统硬件调试 17

4.4 本章小结 18

第5章 结论 19

参考文献 20

附 录 21

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

电子琴是一种类似于钢琴的键盘乐器，它由管风琴发展而来，是音乐在现代科技的发展中产生的一种新型乐器，在某种意义上，电子琴的发展也反映了现代科技的发展和人们生活水平的提高。单片机又名叫做单片微型计算机，是现代科技发展大流中的第四代电子计算机产品，它在现代社会中无处不在，它可能是一台电脑、一部手机、一块手表，因为它强大的稳定性和极高的扩展性，俨然已经占据了我们生活中的点点滴滴。此次设计的电子琴是以单片机为基础，不仅仅是因为单片机的微型化，价格便宜，更是因为它功能稳定，只需要控制其内部的定时/计数器T0的数值，其I/O口就会产生不同频率的脉冲信号，众所周知，物体通过振动可以发声，而振动的快慢决定了声音的高低，单片机也正是利用这个特点可以控制其他电路发声。通过调试改良，可以使单片机产生具有一定特点的频率脉冲，控制后续的发声电路发出有特色的音乐。由单片机制作的电子琴可以具有很明显的特点，其音色可调，声音大小可调，可以自己弹奏伴奏，也可以让单片机独自演奏音乐，在玩具市场上有着广阔的前景。

电子琴又名叫做电子键盘，是电子乐器的一种，可以发出各种音阶的声音，还可以控制各种音阶声音的大小。除此之外，电子琴有比较完整的音阶领域和极其丰富的和声效果，具有很强的表现力，甚至只需要使用电子琴就可以演奏出一个完整管弦乐队的音乐效果，另外，电子琴还有一个很大的特点，可以模仿其他乐器的音色，产生常规乐器和一般自然界无法发出的声音^[1]。因此，电子琴在电声乐队中扮演着极其重要的角色，常常作为中坚力量演奏乐曲的主旋律，并以其丰富的和声随时伴奏。使用电子琴演奏时，还可以随意搭配各种音乐的旋律伴奏，完美的融入现代音乐中。

同时，由于电子琴简易而又功能强大，已经完全融入到学校的音乐教学工作中。教师可以利用电子琴给学生进行伴奏，进行独奏，让学生沉醉在电子琴发出的音乐中。并且，电子琴在幼儿玩具中也有很好的表现，可以充当儿童的音乐启蒙老师，培养儿童从小对音乐的兴趣，激发他们对音乐的热爱。玩具电子琴对于音色没有很高的要求，玩具的核心控制部分可以利用单片机来实现，结合软硬件电路的制作和编写，来实现玩具电子琴所需的播放音乐、演奏和显示等功能。现在电子琴已经广泛运用到各类玩具的制作当中，其稳定、安全和低成本的特点广受好评。

电子琴的种类也很多，从电子琴的功能方面来分类的话，可以分为电子管风琴、电子钢琴、电子合成器等等。电子管风琴是一种音乐节奏感极强的乐器，乐手在弹奏键盘的时候，会让人感受到按键的力度和感应，即使由于电子管风琴难以演奏，但是因为它的音乐效果十分震撼，所以也深受人们喜爱。而电子钢琴则比较柔和，其主要模仿的是钢琴的声音，在某些场合甚至可以代替钢琴。电子合成器是现代乐队必不可少的一件设备，它主要适用于乐队演奏和编曲。它可以制造各种各样的声音，甚至是自然界无法发出的怪声，现在就有很多歌曲中融入了这种声音，让歌曲更加的多元化。

1.2 电子琴的发展历程

一般来说，我们可以将电子琴根据其琴键的类型，大致的分为双排键和单排键两种类型。但是从历史的产生来说，单排键电子琴比较复杂，是根据双排键电子琴改变升级得来的。而说起双排键电子琴的产生，那就和管风琴的发展脱不了干系。