【正文】 3。 總體方案及設(shè)計(jì)流程 原理圖 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 軟件仿真調(diào)試 軟件調(diào)試 第六章 調(diào)試結(jié)論 第七章 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 致謝 參考文獻(xiàn) 附錄 附錄 1 主要電路原理圖 附錄 2 源程序 附錄 3 元器件清單 3 第一章 緒論 電子琴概念 簡易電子琴結(jié)構(gòu)組成： 電子樂器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 音源是由晶體管產(chǎn)生電振動(dòng)，并通過音色回路而產(chǎn)生各種音色；同時(shí)由周波數(shù)調(diào)制產(chǎn)生顫音效果，由振 幅調(diào)制產(chǎn)生各種樂器的音效。 樂器特色：屬于電子樂器，發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長音、震 音和顫音等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。簡易電子琴是電聲樂隊(duì)的中堅(jiān)力量，常用于獨(dú)奏主旋律并伴以豐富的和聲。 還常作為獨(dú)奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)代特色。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時(shí)，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時(shí)，失真度更大，還需要不斷改進(jìn)。 電子琴的種類 目前市場上電子琴的各種品牌、型號(hào)有上百種，由幾十元的玩具電于琴到幾百幾千元 的學(xué)習(xí)、演奏用琴，真是琳瑯滿目， 總體上可分為兩大類；便攜式電子琴和臺(tái)式電子琴。 便攜式電子琴包 括非標(biāo)準(zhǔn)型電于琴和標(biāo)準(zhǔn)型電子琴．而臺(tái)式電子琴包括單排鍵臺(tái)式電子琴。 4 雙排鍵電子琴、電于管風(fēng)琴等． （一）、非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴 非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴是電子琴中最普通，價(jià)格較實(shí)惠的一種、琴的體積大小不一， 鍵盤數(shù)量從二十四鍵至四十九鍵不等。這類琴琴鍵較狹小，從音質(zhì)、功能及性能等方面與標(biāo) 準(zhǔn)便攜式電子琴相比較有一定差距。另外，受功能、琴鍵數(shù)量等因素制約，演奏樂曲的音域 與難度也受到一定制約、非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴可作為低齡兒童電子琴入門學(xué)習(xí)或作為 一種娛樂的工具。 （二）、標(biāo)準(zhǔn) 型單排鍵便攜式電子琴 標(biāo)準(zhǔn)型單排鍵便攜式電子琴具有琴鍵規(guī)范，音質(zhì)優(yōu)美、動(dòng)能完備、性能憂異、體小量輕。 攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，是電子琴中最普及、最常見的一種。鍵盤數(shù)量通常為六十一健，也有四十 九鍵和七十三鍵甚至更多者，這類琴有高、中、低幾種不同檔次，不同檔次的電了琴其音質(zhì)， 功能等方面有一定的差異．標(biāo)準(zhǔn)型電子琴有學(xué)習(xí)，娛樂、伴奏、獨(dú)奏等多種用途；是大多數(shù) 電子琴愛好者學(xué)習(xí)用琴較理想的選擇。 （三）、臺(tái)式單排鍵電子琴 這類琴的外形類似風(fēng)琴和電鋼琴；其操作、功能等與便攜式電子琴相同。臺(tái)式電子琴的 影體較大．琴身與柜式琴架合為一體，琴的下半部分帶有音箱，其音量可滿足一般音樂教室 和小型舞廳的使用需要。這類琴有學(xué)習(xí)、娛樂、伴奏、獨(dú)奏等多種用途：其缺點(diǎn)是不便攜帶． （四）、雙排鍵電子琴 雙排鍵電子琴是吸取管風(fēng)琴的結(jié)構(gòu)原理發(fā)展而來的。是電子琴中性能最優(yōu)、功能最全。 檔次最高的一類琴。它不僅有雙層（也有三層）演奏鍵盤，同時(shí)在琴的底部還設(shè)有腳鍵盤． 腳鍵盤主要是用來演奏低音的，有時(shí)也用來演奏旋律。雙排鍵電子琴的樂譜用三行大譜表記 譜，第一行譜多為旋律，用右手演奏．第二行多為伴奏，用左手演奏（也有 交錯(cuò)使用的情況）， 第三行為低音，用腳鍵盤演奏。一般由左腳來演奏，有時(shí)也可雙腳并用．琴的底部還有兩個(gè) 控制踏板；由右腳來控制力度。轉(zhuǎn)換音色、變化速度。開關(guān)節(jié)奏、制造滑音等。因此 雙排 鍵電子琴演奏比便攜式更復(fù)雜、更困難些，往往是手腳并用十分繁忙，但這種根據(jù)樂曲需要 的四肢及體態(tài)繁忙給人以視覺上的享受。一個(gè)優(yōu)秀的演奏家在一臺(tái)性能卓越的雙排鍵電子琴 上的演奏；其效果能與一個(gè)大型樂隊(duì)相媲美。如今，雙排鍵電子琴已是音樂院校電子琴專業(yè) 的學(xué)習(xí)、教學(xué)、音樂會(huì)的專業(yè)用琴，國際上的電子琴比賽也都是采用雙排鍵電子琴。 （五）、電子管風(fēng)琴 電子管風(fēng)琴是采用管風(fēng)琴音色并運(yùn)用電子發(fā)聲原理制作而成的，它有一層健盤、雙層鍵 盤和多層鍵盤幾種類型。演奏控制部分和演奏方式與傳統(tǒng)的管風(fēng)琴相仿。電子管風(fēng)琴全部采 用了管風(fēng)琴音色，沒有普通電子琴中的自動(dòng)伴奏功能，主要用于演奏宗教音樂。由于電子管 風(fēng)琴的體積較小，安裝方使，音響效果較好且投資相對(duì)要低，因此在國內(nèi)外一些教堂和演奏 廳常用此類琴來代替制作工藝復(fù)雜、外型龐大、投資巨大的傳統(tǒng)管風(fēng)琴 5 電子琴工作原理 大家都知道當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，能夠發(fā)出聲音。振動(dòng)的頻率不同，聲音的音調(diào)就 不 同。在簡易電子琴里，雖然沒有振動(dòng)的弦、簧、管等物體，卻有許多特殊的電 裝置，每個(gè)電裝置一工作，就會(huì)使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音。當(dāng)按動(dòng)某個(gè)琴鍵時(shí)， 就會(huì)使與它對(duì)應(yīng)的電裝置工作，從而使喇叭發(fā)出某種音調(diào)的聲音。簡單的說就是按鍵觸發(fā)信號(hào)發(fā)給處理器，再由處理器調(diào)用音色庫音色通過功放電路輸出或者通過數(shù)碼接口進(jìn)行數(shù)字輸出?？刂泼姘迳系陌粹o來選擇處理器對(duì)音色、音量、輸出方式、伴奏的控制。振蕩器是根據(jù)需要產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號(hào)，振蕩信號(hào)通過分頻器分解成不同頻率的信號(hào)輸送到放大器，放大器將信號(hào)放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。鍵盤實(shí)際上 就是一些開關(guān)，如果沒有鍵盤，許多種頻率的信號(hào)一齊進(jìn)到放大器里，通過 揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音就會(huì)亂七八糟，不成音樂。按下鍵盤的一支鍵，就等于接通一只開關(guān)，只允許某一種頻率的信號(hào)通過到放大器里去，揚(yáng)聲器就發(fā)出一個(gè)音來。 這樣，按照一定的演奏規(guī)律來按鍵，就能奏出美妙的音樂來。電源的任務(wù)是給各部分供電。壓控振蕩器的輸出 Uo 接至相位比較器的一個(gè)輸入端，其輸出頻率的 高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓 Ud 大小決定。施加于相位比較器另一 個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào) Ui 與來自壓控振蕩器的輸出信號(hào) Uo 相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸 出電壓 UΨ 正比于 Ui 和 Uo 兩個(gè)信號(hào)的相位差， 經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓 Ud。這個(gè)平均值電壓 Ud 朝著減小 Co 輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至 Vco 輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。當(dāng)鎖相環(huán)入鎖時(shí)，它還具有“捕捉”信號(hào)的能力， Vco 可在某一范圍內(nèi)自動(dòng) 跟蹤輸入信號(hào)的變化，如果輸入信號(hào)頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相 環(huán)能捕捉到輸人信號(hào)頻率， 并強(qiáng)迫 Vco 鎖定在這個(gè)頻率上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸 入信號(hào)頻率 f1 不等于 Vco 輸出信號(hào)頻率 f2，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個(gè)運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。過去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)， CD4046 是通用的 CMOS 鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為 3V － 18V） ，輸入阻抗高 (約 100MΩ )，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率 fo 為 10kHz 下功耗 僅為 600μ W，屬微功耗器件。 本設(shè)計(jì)主要是通過對(duì)電子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)， 達(dá)到電子琴固有的基本功能， 故叫簡易電子琴。利用定時(shí)器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的 脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出不同音調(diào)。其次，定時(shí)器按設(shè)置的定 時(shí)參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平，由 于定時(shí)參數(shù)不同，就發(fā)出 6 不同頻率的脈沖，本設(shè)計(jì)中按鍵一次，會(huì)發(fā)出 50 個(gè)脈 沖，松開后隨之延時(shí) 10 個(gè)脈沖，但在延時(shí)的 10 個(gè)脈沖期間繼續(xù)檢測鍵盤，若此時(shí)又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤會(huì)譯出被按下的另一個(gè)鍵的音調(diào)。 當(dāng)簡易電子琴發(fā)聲時(shí)，除了發(fā)出某一頻率的聲音──基音以外，還會(huì)發(fā)出響 度較小、頻率加倍的輔助音──諧音。我們聽到的樂器的聲音是它發(fā)出的基音和諧音混合而成的。不同的樂器發(fā)出同一基音時(shí)，不僅諧音的數(shù)目不同，而且各諧音的響度也不同。因而使不同的樂器具有不同的音品。在電子琴里，除了有與基音對(duì)應(yīng)的電裝置外，還有與許多諧音對(duì)應(yīng)的電裝置，適當(dāng)?shù)剡x擇不同的諧音電裝置，就可以模仿出不同樂器的聲音來。利用定時(shí)器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出不同音調(diào)。其次，定時(shí)器按設(shè)置的定時(shí)參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖