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1、毕业设计任务书题目带录音功能的电子琴设计姓名 学号 班级 专业电子信息工程承担指导任务单位电气工程系导师姓名 导师职称 一、主要内容通过ISD4004的录音功能，把音符和音乐录入到语音芯片，然后通过语音芯片和主控芯片之间的通信，在按键的时候通过键盘扫描确定键值，调出与键值相应的音符或音乐，实现电子琴的弹奏，同时数码管和LED灯显示键值。还可以通过录音键录入人声或者本电子琴的弹奏声，然后通过放音键播放录入的声音。二、基本要求1.使用STC89C52单片机、ISD4004语音芯片实现电子琴的弹奏和录放音功能；2.使用数码管和LED灯显示按键的键值；3.使用Keil C编程，实现相关逻辑控制；4.电
2、路原理图设计，protel印刷电路图设计；5.提出系统设计框图，提出相应的解决方案。三、主要技术指标1.完成题目要求的主要功能；2.软件方面完成程序流程图；3.硬件方面完成电路原理图；4.论文正文不少于1万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献1.C语言开发及相关资料；2.关于89C51系列单片机开发文档；3.关于ISD4004语音芯片的相关资料；4.矩阵键盘的相关设计资料。五、进度计划第1周第2周 开题报告和任务分配第3周第7周 需求分析，概要设计第8周第12周 详细设计，中期考核第13周第14周 写论文第1
3、5周第16周 上交论文，答辩教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目带录音功能的电子琴设计学生姓名冀迎宾 学号 班级 专业电子信息工程一、研究背景：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，在现代音乐中扮演着重要的角色，成为无数热爱艺术孩童的必备品，是古典文化与现代文明的一个浓缩体。而单片机因其强大的控制功能和灵活的编程特性，已经成为电子琴的主要核心部件。电子琴因其体积小，易于携带，经济适用，是一般家庭能够承受的了的经济投入，且电子琴键盘操作直观容易掌握，对于初学者来说很容易弹奏，因而成为人们生活中不可替代的一部分。带录音功能的电子琴的硬件电路简单，软件功能完善，控
4、制系统可靠，性价比较高，具有一定的实用价值，因此具有开发的价值。二、预期达到目标：经过对任务书的分析，本次毕业设计以STC89C52单片机为主控核心，与16个按键的矩阵键盘，ISD4004语音芯片等构成核心主控制模块，设计一个带录音功能的电子琴。通过录音模块ISD4004芯片与单片机STC89C52之间的数据通信，实现数字录音功能，以及电子琴的演奏功能。设计电子琴要求由键盘来输入某种乐器的音节，将输入的音节数据存储到存储器当中，而后通过音频功放芯片去驱动喇叭发音，从而实现可存储式音乐演奏功能，并有可控录音、放音、播放音乐的功能。用单片机来实现数字录音功能，将录入的音节和音乐建立自己的音色库，实
5、现按键弹奏，且能播放一段音乐。按键输入要求：当按下录音键时，录入一个音节，按下暂停键停止当前录入，再按下录音键，录入下一个音节，这样依次录入7个音节，当第8次按下时录入一段音乐，并将这8次录入存储到芯片当中。我们为这8次输入分别设置了8个按键，当按下某一个按键时，即调出录入的相应的音节或音乐，并能从喇叭内清晰准确的发出声音，而且能延迟一段时间。若是此时按下另一按键，当前音节发音停止，从喇叭内发出刚才按下的音节。当按下放歌按键的时候，喇叭即可演奏单片机内录入的音乐。按下录音按钮后再播放音乐或某一音节，会对当前播放的内容进行存储，并能放奏出来。按下暂停按钮，一切音乐立刻停止，这样便实现了电子琴的弹
6、奏功能以及录音放音功能。数码管和LED灯显示要求：当按下某一音节按键时，显示对应的阿拉伯数字；当按下播放音乐的按键是显示8；按下录音按键是显示0；按下暂停按键是显示A；按下放音按键是显示9。当按下第一行任意按键时，最后一LED灯闪亮一下，松开后熄灭；当按下第二行任意按键时，倒数第二个LED灯闪亮一下，松开后熄灭；当按下任意音节或音乐按键（分别依次对应前八个LED灯），相应的LED灯状态取反，再次按下同一按键，状态再次取反；当按下录音键时，前八个LED灯状态同时取反。三、研究方案：1.通过STC89C52芯片实现对按键的读取并将所对应的音节或音乐送至喇叭；将所对应的按键在数码管上显示，LED灯做
7、相应的变化；2.语音芯片ISD4004完成语音模块，实现电子琴的弹奏，播放音乐以及录音放音功能；3.采用矩阵式4*4键盘，可选驱动力度键盘；4.采用8位共阴极的数码管和10个LED灯，以显示按键相应的值；5.使用Keil C软件编程，用软件实现相关逻辑控制；6.电路原理图设计，protel印刷电路图设计，电气功能测试；7.提出系统设计框图，提出相应的解决方案。四、主要技术指标：1.完成题目要求的主要功能；2.软件方面完成程序流程图；3.硬件方面完成电路原理图；4.使用说明书撰写；5.论文正文不少于1万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字
8、。五、进度计划：第1周第2周 开题报告和任务分配第3周第7周 需求分析，概要设计第8周第12周 详细设计，中期考核第13周第14周 写论文第15周第16周 上交论文，答辩六、系统模块设计：本次毕业设计主要由4个大的模块组成，分别是主控模块STC89C52单片机、语音模块ISD4004芯片、LED灯及数码管显示模块、矩阵键盘控制模块。其中主控模块是本次毕业设计的核心模块，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需要；语音模块主要指ISD4004芯片和LM386芯片，用ISD4004来实现语音功能，LM386实现功率放大作用；而LED灯及数码显示模
9、块是系统的辅助模块，用来显示按键键值以及表示录音开始及结束；按键控制模块则是用按键来控制实现的是哪个功能，对应录音、放音、暂停等功能。指导教师签字时间年 月 日带录音功能的电子琴设计The Design of Electronic Piano with Recording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，它在现代音乐扮演着重要的角色，已经融入到现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。随着科技的日益发展，电子琴的录音放音功能已越来越受到人们的喜欢。本文设计了基于单片机和语音芯片的带录音功能的电子琴,从软件设计方面进行了详细的描述。主要内容是用STC89C52单片机为
10、核心控制元件，ISD4004语音芯片为录音模块，以LED灯和数码管为显示模块，以4*4矩阵键盘为输入设备，扬声器为语音输出设备，设计一个带录音和放音功能的电子琴。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，以单片机作为主控核心，与ISD4004语音模块、4*4矩阵键盘组成核心主控制模块，LED灯、数码管模块组成扩展控制模块。在主控模块上设有16个按键，一个可以重复实现录音放音功能的语音模块，在扩展模块中设有LED灯和数码显示管。主控模块利用了STC89C52单片机的P3的I/O输出口，以实现键盘对录音和放音的控制功能；以P2口的端口与语音芯片相连，实现了两个芯片之间数据的传输。扩展模块利用了
11、STC89C52单片机的P0的I/O输出口，以实现数码管的显示功能；利用了STC89C52单片机的P1的I/O输出口，以实现LED灯的显示功能。本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。 关键词： 单片机 语音芯片 4*4矩阵键盘 扬声器AbstractElectronic piano is the combination product of modern electronic technology and music, it plays an important role in modern music as a new ty
12、pe of keyboard musical instruments, it has been integrated into the life of modern people and has become an irreplaceable part. With the increasing development of technology, the playback and recording function of the keyboard has been more and more liked by people. This paper design electronic pian
13、o with recording function and describe it in detail from the part of software design, which is based on MCU and voice chip. Main content of the design is STC89C52 microcontroller as the core control elements, ISD4004 voice chip for recording module, running lights and digital tube for display module
14、, with 4 * 4 matrix keyboard as input devices and speakers for voice output device, design a electronic piano with the playback and recording function. MCU has a strong control function and flexible programming features, MCU, which is the master core, with ISD4004 voice module and 4 * 4 matrix keybo
15、ard compose the main core control module, water lamp and digital tube control module is as the expansion modules. In the main control module, there are 16 buttons and a voice module with playback and recording repeated functions. The expansion module have running water lights and digital tube. Main
16、control module uses STC89C52 microcontroller P3 I/O output port to achieve control function of the keyboard for recording and playback function; the port P2 is connected with the voice chip to achieve the transmission of data between two chips. Extension module uses STC89C52 MCU P0 I/O output port t
17、o achieve the digital tube display; use STC89C52 P1 I/O output port to achieve the water lights display. The system is stable, the advantages of it are simple hardware circuit, software functions, the control system is reliable, high cost performance, and has a practical and reference value. Keyword
18、s:MicrocontrollerVoice chip4 * 4 matrix keyboardSpeaker目录第1章 绪论11.1 课题的选题背景11.2 带录音功能电子琴的工作原理11.3 本设计的主要内容2第2章 总体方案设计32.1 功能要求32.2 设计思路32.3 总体设计框图32.4 选择方案论证42.4.1 主控芯片的选择42.4.2 按键电路的选择52.4.3 语音芯片的选择6第3章 系统硬件设计73.1 概述73.2 主控模块73.2.1 主控芯片STC89C5273.3 语音模块83.4 按键控制模块93.5 LED灯及数码管显示模块9第4章 系统软件设计114.1 概
19、述114.2 程序流程图114.3 录音模块设计134.4 放音模块设计144.5 键盘扫描模块设计164.6 暂停及延时模块设计17第5章调试与分析20第章结论与展望246.1 结论246.2 展望24致谢25参考文献26附录27附录A外文资料27附录B 硬件原理图35附录C 程序清单36第1章绪论1.1 课题的选题背景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，在现代音乐中扮演着重要的角色，成为无数热爱艺术孩童的必备品，是古典文化与现代文明的一个浓缩体。而单片机因其强大的控制功能和灵活的编程特性，已经成为电子琴的主要核心部件。电子琴因其体积小，易于携带，经济适用，是一般家庭
20、能够承受的了的经济投入，且电子琴键盘操作直观容易掌握，对于初学者来说很容易弹奏，因而成为人们生活中不可替代的一部分。带录音功能的电子琴的硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高，具有一定的实用价值，因此具有开发的价值。1.2 带录音功能电子琴的工作原理当物体振动时，能够发出声音，振动的频率不同，声音的音调就不同。在电子琴里，虽然没有振动的弦、簧、管等物体，却有许多特殊的电装置，每个电装置一工作，就会使扬声器发出一定频率的声音。当按动某个琴键时，就会使与它对应的电装置工作，从而使扬声器发出某种音调的声音。简单的说就是按键触发信号发给处理器，再由处理器调用音色库音色通过功 放电路输出或
21、者通过数码接口进行数字输出。控制面板上的按钮来选择处理器对音色、音量、输出方式、伴奏的控制。振荡器是根据需要产生一定频率的振荡信号，振荡信号通过分频器分解成不同频率的信号输送到放大器，放大器将信号放大，推动扬声器发出声音。键盘实际上就是一些开关，如果没有键盘，许多种频率的信号一齐进到放大器里，通过扬声器发出的声音就会乱七八糟，不成音乐。按下键盘的某一按键，就等于接通相应的开关，只允许某一种频率的信号通过到放大器里去，扬声器就发出一个音来。这样，按照一定的演奏规律来按键，就能奏出美妙的音乐来。本设计主要是通过对电子琴主体部分的电路进行模仿设计，达到电子琴固有的播放音符和音乐的基本功能，并且加以语
22、音模块，使其实现录音放音功能，故称为带录音功能的电子琴。该设计较以往设计有所不同，它所建的音色库不是通过对某一音节设置固定的频率来实现，而是通过某一乐器的放音，利用语音模块的录音将1、2、3、4、5、6、7和一段音乐录入到电子琴中，从而建立音色库，当某一按键被按下时，通过键盘扫描识别出该按键，并从音色库中调出与此按键相对应的音调，发出声音。处理器会在发音期间继续检测键盘，若此时又有键被按下，若被按下的仍为原键则声音不变，否则键盘会译出被按下的另一个键的音调。当按下录音按键时，可以录入一段声音，如人声等，还可以在录音时让电子琴发声或音乐，并将其录入，通过发音键将刚才录入的一段声音播放出来。本电路
23、中的硬件比较简单，其功能的实现主要由软件完成，软件的设计思路通过框图形式说明在正文中会有介绍，它可模仿多种音色，甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音（如人声）等。电子琴常作为独奏乐器出现，具有鲜明时代特色，但电子琴的局限性也十分明显，如：旋律与和声缺乏音量变化，过于协和、单一，音色不够逼真，失真度更大等4。1.3 本设计的主要内容本论文主要是对C语言和单片机的一些基本知识、概念的应用学习和研究，以及STC89C52芯片模块和ISD4004语音模块的开发设计，该设计的目的是设计一实现带录音功能的电子琴，可播放系统内部录入的音符和音乐，也可以实现录音和放音功能（如录入人的声音）。为了使按键时分析方
24、便，我们加以数码管和LED灯，当按下某一按键时数码管显示相应的按键值，同时对应的LED灯点亮。本设计的主要工作有以下几个方面：1. 整体方案的设计方案的选择要符合芯片功能的要求，既要保证操作简单符合人们平时的操作习惯，又要体现出本产品的特点，本文设计的带录音功能的电子琴是采用STC89C52单片机和ISD4004语音芯片，用来实现音符、音乐的播放以及录音和放音功能。2. 程序流程图及软件设计一个程序要想实现其功能，不能没有次序而盲目下手，必须对其有一个全面的了解后画出流程框图，然后逐个模块的实现其功能，最终把模块之间合理的连接起来，构成完整程序。本设计的软件设计主要包括系统的初始化设计、延时子
25、程序的设计、键盘扫描模块的设计、录音子模块的设计、放音子模块的设计、两个芯片之间通信的设计、LED灯的点亮和数码管的显示设计、中断程序设计等。整个系统程序采用模块化结构设计程序相对比较优化易修改和调试系统软件的开发是用C语言设计的。3. 系统原理图及硬件调试实验本设计在进行硬件原理分析后，需要连接实物进行实际操作，检验自己的设计是否可以行得通。需要在protel 99 SE环境下画出硬件原理图并进行电气测试，检测无异议后进行硬件系统的调试实验，为了保证系统的可靠性分析查找，硬件的调试对整个系统进行了模拟试验。第2章 总体方案设计2.1 功能要求1. 通过STC89C52芯片实现对按键的读取并将
26、所对应的音节或音乐送至扬声器；将所对应的按键在数码管上显示，LED灯做相应的变化；2. 语音芯片ISD4004完成语音模块，实现电子琴的弹奏，播放音乐以及录音放音功能；3. 采用8位共阴极的数码管，显示按键的值；4. 采用10个LED灯显示，显示相对应的按键。2.2 设计思路电路总体上分为芯片控制部分和语音芯片部分。以STC89C52单片机最小系统作为核心控制电路，控制4*4的矩阵键盘对播放音乐和录音放音的选择，以及控制LED点亮和数码管的显示，具体显示内容及方式由软件来完成。语音部分由ISD4004芯片来实现，它是一个多功能的语音芯片，可以多次重复录放，本设计正是运用此特点，完成录音和放音功
27、能的。具体步骤是：先录入7个音符和一段音乐，存储到芯片内部，建立自己的音色库，并且具体锁定到键盘的某一按键上，通过按下不同的按键发出不同的声音。再对录音和放音功能设置具体的按键，通过按键实现其功能。2.3 总体设计框图按照系统功能的具体要求，在保证实现其功能的然础上，尽可能降低系统成本。总体设计方案围绕上述思想，初步确定系统的方案框图如图2-1所示。从图中可以看出，系统有微处理器模块、语音芯片ISD4004模块、数码管显示模块、4*4矩阵键盘模块和LED灯显示模块组成。在方案设计中，遵循简洁至上的原则，因此所有的外围模块采用串行方式与微处理器模块接口。该设计以STC89C52单片机为控制核心，
28、实现电子琴的弹奏和录音放音的基本功能。在设计本系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为键盘设定、主控芯片和语音芯片之间的通信、单片机控制、LED灯显示和数码管显示五大部分。整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值6,7。图2-1 系统方案框图2.4 选择方案论证方案一：用可控硅制作电子琴。将220V交流电经变压器降压，再经过整流、滤波，获得+13.5V直流电压。将单向可控硅SCR和电阻、电容组成驰张振荡器电路。但该设计方案制作成本高且复杂。方案二：采用AT89C51单片机进行控制，由于AT89C51不具备ISP功能，因此At
29、mel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级方面没有潜力。方案三：采用STC89C52单片机进行控制，由于其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三。2.4.1 主控芯片的选择微处理器是一个系统最核心的部分，他是整个系统的心脏，负责控制所有模块的工作。在微处理器的选择上更要综合各方面的条件、资源。下面我总结了两种方案并比较优劣，从而选择一种更适合的方案。方案一：AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS型
30、8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大。其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMEL AT89xx做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。再者，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要
31、程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需l0ms。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。PO口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。方案二：STC89C52单片机的指令系统和AT89C51系列的完全兼容，但实际操作起来却存在很多问题： 1. AT89C51不带ISP下载，要用下载器才行，STC89C52可以用你的USB转串口下载，下载软件可以到STC厂家网上去下。2. STC单片机执行指令的速度很快，大约是AT的3-30倍，尽管快是好事，但这样一来
32、，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些对时序有严格要求的模块，比如IIC，DS18B20、DS1302等的时序。再者，既然执行速度快了，那么那些非定时器控制的精确延时肯定要受影响，用STC时注意得加长延时，大约是AT的1030倍就差不多，这一点自己调试就知道了。 3. STC单片机对工作环境的要求比较低，电压低于5伏时仍然正常工作，甚至3伏到4伏之间都还可以工作，然而这样的环境下AT肯定不行了，所以当一个系统用STC单片机好用，但用AT的单片机不工作时，直接查最小系统，看单片机的供电是否正常。比较这两种方案，由于在学校期间学过数字电路、单片机原理、C语言程序设计，综合
33、考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求，我选择用STC系列芯片完成。而且学校也提供了相应的硬件操作平台，实际操作起来比较方便，故STC为更合理的选择。2.4.2 按键电路的选择方案一：采用STC89C52的独立键盘，但其独立键盘只有4个按键，按键数量不够，无法满足本课题的要求，产生不出7个音阶及录放音功能。方案二：采用STC89C52的矩阵键盘，其矩阵键盘具有16个按键，数量够用，能够满足课题的要求。显然，本设计要采用4*4矩阵键盘。通常在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是
34、通过一个按键加以连接。这样，一个端口（本模块用到的是P3口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下，
35、这种确定矩阵式键盘上何键被按下的方法称为“高低电平翻转法”。首先让P3口高四位为1，低四位为0,若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置，然后让P3口高四位为0，低四位为1,若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。综合行与列，即可确定按键的具体位置8。2.4.3 语音芯片的选择由于本设计中音色库的建立是通过对某种乐器声音的录入，加之要实现的录音放音功能，故必须要用到语音芯片。我们采用的是ISD4004语音模块，它是由美国ISD公司推出的产品，具有多次重复录放，存储时间长，使用时不需要扩充存储器，所
36、需外围电路简单等特点。与普通的录音/重放芯片相比，ISD4004芯片还具有如下优点：首先是记录声音没有段长度限制，并且声音记录不需要A/D转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达100年，重复记录10000次以上。鉴于ISD以上特点和本设计功能的要求，4004芯片为合理的选择。第3章 系统硬件设计3.1 概述此次的毕业设计主要由4个大的模块构成，分别是主控模块、语音芯片模块、LED灯及数码管显示模块、键盘控制模块，其中主控模块是此次毕业设计的核心模块，主要是指STC89C52芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其他模块能够成为一个整体，实现功能的需
37、要；语音模块主要指ISD4004芯片和LM386芯片，用ISD4004来实现录音功能，LM386是实现功率放大；而LED灯及数码显示模块是整个系统的辅助模块，用来显示音节以及表示录音开始及结束；按键控制模块则是用按键来控制实现的是哪个功能，对应录音、放音、暂停。3.2 主控模块本设计主控模块由STC89C52芯片来完成，主要用到其矩阵键盘模块，LED灯显示模块，数码管显示模块等。利用STC89C52各引脚功能，合理对其使用，实现题目要求的各项功能。单片机主程序模块通过对键盘扫描程序信号的读取，再通过对应的地址，取出数码管显示编码和录放音初始值以产生不同的声音信号。在这一过程中，对数码管编码是直
38、接赋值，对声音信号则是通过循环程序进行控制。3.2.1 主控芯片STC89C52STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。芯片内集成了通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52具有如下特点：40个引脚，8K Byte
39、s Flash片内程序存储器，256 Bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，6个中断优先级，2个具有3级加密位的读写中断口线，3个16位可编程定时/计数器, 2个可编程UART串行通道，内部和外部时钟电路，复位电路等，以下我们对其引脚功能进行简介。VCC：电源输入，接+35V电源GND：接地线XTAL1：片内振荡电路的输入端XTAL2：片内振荡电路的输出端RST/VPP：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存允许信号PSEN：外部存储器读选通信号EA/VPP：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读
40、指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口：8位漏极开路型双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口：带内部上拉电阻的8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口：带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口：带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7，P3口是一个多用途的端口，可以作为一个准双向I/O口；也可以按位独立定义。此外，STC89C52可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数
41、器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式下，冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求3,5。3.3 语音模块本设计中语音模块的设计采用ISD4004语音芯片和LM386音频功率放大器，STC89C52和ISD4004之间的连接较少， 其中P2.5接ISD4004的片选引脚/SS，控制ISD4004的选通与否。P2.3接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址。P2.4接ISD4004的串行时钟引脚SCLK，对于ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚A
42、UDOUT，该引脚通过一个滤波电容与扬声器连接，AMCAP为自动静音端，使用时通过一个电容接地。此外由于ISD4004的工作电压为3伏，而单片机所需供电电压为5伏，因此需要采用变压电路得到3伏电压供ISD4004使用。由于单片机驱动能力不够，在处理音符信号时，需加功率放大装置，因LM386芯片具有低功耗、高增益的特点，这合适单片机低功耗输出，所以加装LM386音频信号放大器对信号进行放大。ISD4004采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内闪烁存储器中，因此能够非常真实的在线语音、音乐等效果。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令直接通过SPI总线送到芯片。因此，芯
43、片必须接有单片机或其它系统才能控制发声。ISD4004芯片的工作电压为3.3V，本模块已经做好5V3.3V电压转换处理（由AMS1117-3.3V实现），模块引脚可以直接接5V电源，本模块提供MCS-51系列单片机控制的源代码，与STC89C51系列单片机相兼容，采用模拟SPI接口的方法实现。ISD4004语音芯片是美国ISD公司推出的产品，本设计中用到的ISD4004记录时间长达8分钟。它内置了微控制器串行通信接口，所用的电压是3.3V的工作电压，工作电流为2530mA，维持电流1uA。它片内设置免调整时钟，也可使用外部时钟，具有自动静噪功能，可以高质量还原语音，还具有录音次数多，保存时间长
44、等特点10。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。3.4 按键控制模块矩阵式结构的键盘法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机
45、的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下，这种确定矩阵式键盘上何键被按下的方法称为“高低电平翻转法”。首先让P3口高四位为1，低四位为0，若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置，然后让P3口高四位为0，低四位为1,若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。综合行与列，即可确定按键的具体位置。3.5 LED灯及数码管显示模块本次
46、毕业设计的显示电路采用LED数码管显示，LED（Light-Emitting Diode）是一种外加电压从而流过电流并发出可见光的器件。LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。LED有单个LED和八段LED之分，也有共阴和共阳两种。常用的七段显示器如发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管ag控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图
47、后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来。第4章 系统软件设计4.1 概述软件部分设计是毕业设计中最核心难点所在，所谓软件设计就是把软件需求变换成软件的具体设计方案（即模块结构）的过程。模块化结构设计即是根据要求和硬件设计的结构，将整个系统的功能分成许多小的功能模块，再根据这些小的功能模块进行程序编写的过程。这样的设计方法，使得系统的整个功能和各部分的功能趋于明朗化。当系统出现问题，就可以根据功能设置找出问题的根源，从而更快地解决问题。所以说，在整个设计过程中，软件设计必须与硬件设计紧密地结合在一起。本设计是在Keil C环境下开发的，Keil C软件支持C语言的编程及调试，运用方便，是做C语言毕业设计者的首选。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简单的学习和了解Keil C后，我们便可在此环境下开始了对带录音功能的电子琴的设计工作。4.2 程序流程图在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。主程序首先要对整个系统进行初始化，设置了STC89C52的开发模式
