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正文內(nèi)容

某微型電子琴設(shè)計(jì)方案(已修改)

2025-05-07 23:16 本頁(yè)面
 

【正文】 某微型電子琴設(shè)計(jì)方案2 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是用AT89C52單片機(jī)[3]為核心控制元件,設(shè)計(jì)一個(gè)微型電子琴。以單片機(jī)作為主控核心,與鍵盤(pán)、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊,實(shí)現(xiàn)以下功能:(1) 設(shè)計(jì)一個(gè)(44)的鍵盤(pán)[4],并將16個(gè)鍵設(shè)計(jì)成兩個(gè)八度的音階對(duì)應(yīng)的16個(gè)琴鍵,可以進(jìn)行彈奏表演;(2) 演奏的同時(shí)數(shù)碼管會(huì)以數(shù)字顯示當(dāng)前按鍵對(duì)應(yīng)的音符;(3) 有音樂(lè)存儲(chǔ)功能,能自動(dòng)演奏歌曲。演奏時(shí)可選擇鍵盤(pán)輸入樂(lè)曲,自己存入的樂(lè)曲或隨機(jī)存儲(chǔ)的樂(lè)曲。按播放鍵能播放5首歌曲,第一首歌曲播放結(jié)束,再按播放鍵播放下一首歌曲。(4) 發(fā)光二極管會(huì)指示當(dāng)前按鍵是否按下。3 方案論證 控制模塊選擇方案 方案一:用可控硅制作電子琴。將220V交流電經(jīng)變壓器降壓,再經(jīng)過(guò)整流、濾波,獲得+。將單向可控硅SCR和電阻、電容組成馳張振蕩器電路。但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。方案二: 采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制,由于AT89C51不具備ISP功能,因此Atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見(jiàn),況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)方面沒(méi)有潛力。方案三:采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制,由于其性價(jià)比高,完全滿足了本作品智能化的要求,它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到8K,使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí),使用方便,抗干擾性能提高[5]。 鑒于上述對(duì)比與分析,本設(shè)計(jì)采用方案三 按鍵選擇方案?jìng)鹘y(tǒng)電子琴可以用鍵盤(pán)上的“1”到“A”鍵演奏從低SO到高DO等11音。該設(shè)計(jì)有16個(gè)按鈕矩陣,設(shè)計(jì)成16個(gè)音,可以實(shí)現(xiàn)音階在中音和高音之間的變換。比傳統(tǒng)音階范圍大,彈奏效果好。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán),它們各有自己的特點(diǎn),其中獨(dú)立鍵盤(pán)硬件電路簡(jiǎn)單,而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜,一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中;矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立鍵盤(pán)有很大區(qū)別,首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤(pán)復(fù)雜得多,而且在程序算法上比它要煩瑣,但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢(shì)得多,因此它更適合于多按鍵電路。本設(shè)計(jì)選擇4*4矩陣鍵盤(pán)。4 設(shè)計(jì)原理 一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的,而每個(gè)音階對(duì)應(yīng)著不同的頻率[6],這樣我們就可以利用不同的頻率的組合,即可構(gòu)成我們所想要的音樂(lè)了,當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方便,我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào),因此,我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系正確即可。若要產(chǎn)生音頻脈沖,只要算出某一音頻的周期(1/頻率),再將此周期除以2,即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間,然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。 利用AT89C52的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式(MODE1)下,改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階[7],例如,頻率為523Hz,其周期T=1/523=1912μs,因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs=956,每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相,就可得到中音DO(523Hz)。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是:N=fi/2/fr 式中,N是計(jì)數(shù)值;fi是機(jī)器頻率(晶體振蕩器為12MHz時(shí),其頻率為1MHz);fr是想要產(chǎn)生的頻率。其計(jì)數(shù)初值T的求法如下:T=K-N=K-fi/2/fr式中K是單片機(jī)的16位定時(shí)器最大計(jì)數(shù)值,K=216 =65536;fi是機(jī)器頻率,fi=1MHz,例如低音DO(262Hz)、低音RE(294Hz)、中音DO(523Hz)、中音RE(587Hz)、高音DO(1046Hz)、高音RE(1175Hz)的計(jì)數(shù)值如下:T=65536-N=65536-fi/2/fr=65536-1000000/2/fr=65536-500000/fr低音DO的T=65536-500000/262=63628低音RE的T=65536-500000/294=63835中音DO的T=65536-500000/523=64580中音RE的T=65536-500000/587=64684高音DO的T=65536-500000/1046=65058高音RE的T=65536-500000/1175=65110了解音樂(lè)的一些基本知識(shí)后可知,產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂(lè),對(duì)于單片機(jī)而言,產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便,可以利用它的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生這樣的方波頻率信號(hào),因此,需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率,以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系[4]。在本實(shí)驗(yàn)中,單片機(jī)工作于12MHZ時(shí)鐘頻率,使用其定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0,工作模式為1,改變計(jì)數(shù)值TH0和TL0可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號(hào),在此情況下,根據(jù)以上公式,C調(diào)的各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照如下[8]表41 音符頻率對(duì)照表音符頻率(HZ)簡(jiǎn)譜碼(T值)音符頻率(HZ)簡(jiǎn)譜碼(T值)低1 DO26263628 4 FA740648601 DO27763731中 5 SO78464898低2 RE29463835 5 SO831649342 RE31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030 4 FA37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260 1 DO110965085 5 SO41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400 2 RE124565134 646664463高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580 4 FA148065198 1 DO55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684 5 SO166165235 2 RE62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777 6186565268中 4 FA698
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