【正文】 單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘 要 現(xiàn)在要求人才發(fā)展的全面性以及精神文化的需求，音樂學(xué)習(xí)已經(jīng)成為很多人生活中必不可少的一部分。 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機(jī)具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性，它已經(jīng)融入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。本文的主要內(nèi)容是用 AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚(yáng)聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有 16 個(gè)鍵盤和揚(yáng)聲器。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 ，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。 單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 Abstract In modern times,it demands the talent of prehensive. Electronic an is a modern electronic music technology and the product is a new type of keyboard played an important role in morden has powerful control functions and flexible programming has converged with modern people’ s lives,bee an irreplaceable main content is AT89C51 control of the core ponents,design of a electronic as a host to the core,with the keyboard,speaker. The system is steady,its simple hardware circuits,software functions,reliability of control system and high cost performance is its also has certain practical and reference value. 關(guān)鍵字 電子琴 單片機(jī) 性價(jià)比 揚(yáng)聲器 音樂 electronic an .SCM high cost performance music 單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 第一章 緒 論 單片機(jī)園地里，單片機(jī)品種異彩紛呈，爭奇斗艷。有 8 位、 16 位甚至 32 位機(jī)，但 8位單片機(jī)仍以它的價(jià)格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點(diǎn)而占著主導(dǎo)地位。 單片機(jī)是把微處理器、存儲器、輸入、輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片，它具有體積小 ，價(jià)格低，可靠性高和易于嵌入式應(yīng)用等特點(diǎn)，極實(shí)用于智能儀器儀表和工業(yè)測控系統(tǒng)的前端裝置。從生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)。現(xiàn)在，盡管單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍了，但仍有許多可以用單片機(jī)控制而尚未實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目。因此，單片機(jī)的應(yīng)用大有可以想象和拓展的空間。 單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化，多功能，和智能化，有利于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能耗和材料消耗，保證安全等。但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于踏的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義 還在于：單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。隨單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實(shí)。 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，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了，當(dāng)然對于單片機(jī)來產(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 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。 通過本設(shè)計(jì)能使我能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識有進(jìn)一步的認(rèn)識，可以獨(dú)立對 其進(jìn)行測試與檢查。能使我更加熟悉 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，合理使用其內(nèi)部寄存器，能夠完成相關(guān)軟件編程設(shè)計(jì)工作。能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行快速的調(diào)試，并能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的功能故障進(jìn)行分析，及時(shí)修改相關(guān)軟硬件。對軟件編程、排錯(cuò)調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。 單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 電子琴發(fā)音原理 樂器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，音源是由晶體管產(chǎn)生的電振動(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。電子琴的外形很像普通鍵 盤樂器，只是某些種類多一排腳踏鍵盤，而且手觸鍵盤也往往分為兩層。鍵盤式電子琴聲音豐富、優(yōu)美，有變音裝置，能發(fā)出多種不同的音色，可以作為獨(dú)特的樂器進(jìn)行演奏，還能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)琴、鋼琴供音樂課教學(xué)。 傳統(tǒng)樂器的聲音是通過機(jī)械的方法產(chǎn)生的，電子琴的聲音是用“電”產(chǎn)生的。附圖 21 是一般電子琴結(jié)構(gòu)原理的方框圖。 電子琴原理框圖振蕩器是根據(jù)需要產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號，振蕩信號通過分頻器分解成不同頻率的信號輸送到放大器，放大器將信號放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。鍵盤實(shí)際是一些開關(guān)，如果沒有鍵盤，許多種頻率的信號一齊進(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。 下面進(jìn)一步介紹振蕩器和分頻器的工作原理。振蕩器一般用 LC 電感三點(diǎn)振蕩電路。如果忽略晶體管、電阻等因素的影響，則它的振蕩頻率 f可由下式?jīng)Q定： 振蕩頻率 f公式只要適當(dāng)選擇電感 L和電容 C 的數(shù)值，就可以得到所需要的信號頻率。分頻器是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，即晶體管 BG1 導(dǎo)通、 BG2 截 止和 BG1 截止、 BG2 導(dǎo)通兩種穩(wěn)定狀態(tài)。如果在它的輸入端輸入一個(gè)信號脈沖，它就翻轉(zhuǎn)一次，即由一種穩(wěn)態(tài)迅速變成另一種穩(wěn)態(tài)，再輸入一個(gè)信號脈沖，它又會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，還原成起始的穩(wěn)態(tài)。這樣，在它的輸入端輸入兩個(gè)信號脈沖時(shí)，在它的輸出端就得到一個(gè)信號脈沖。就是說，輸出信號頻率比輸入信號頻率低一半，好像用 2 除過一樣，所以叫二分頻。 電子琴使用二分頻電路是音階規(guī)律的需要。音樂中的基本音階的頻率是按照一定規(guī)律排列的，以 C調(diào)為例，音階中各音之間的頻率（單位為赫茲）關(guān)系是： 音階中各音之間的頻率關(guān)系說明一個(gè)音的頻率剛好是 比它低八度音的頻率的兩倍。所以，只要把一個(gè)音的頻率除以 2 就得到比它低八度的一個(gè)音的頻率。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就需要使用二分頻電路。這樣，只要振蕩器產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音的頻率信號，如高音“ 1”的信號，通過二分頻就產(chǎn)生中音“ 2”的頻率，再一次二分頻就產(chǎn)生低音“ 1”的頻率了。如果按照鍵盤上最高音組的頻率制作七個(gè)振蕩器，并將得到的七個(gè)音階信號分別二分頻，便可得到低八度的一組音階信號；再次二分頻，就可得到再低八度的單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 一組音階信號。依此類推，最后，就能得到鍵盤上所有的音階信號了。 不過，實(shí)際上需要制作 12 個(gè)振蕩器和更多的分頻器，因?yàn)?一組鍵盤中還有五支黑鍵。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)分為兩個(gè)人部分，一個(gè)是音樂播放，另一個(gè)就是電子琴演奏。 關(guān)于聲音的處理，實(shí)用單片機(jī)匯編語言，利用定時(shí)器來控制頻率，而每個(gè)音符的符號只是存在我自己的定義的表中。具體要求如下： 1：要求達(dá)到電子琴的基本功能，可是彈奏出簡單的樂曲。 2：用鍵盤做出電子琴的按鍵，每鍵代表一個(gè)音符。 3：各音符按一定順序排列，必須符合電子琴的按鍵排列順序。 4：彈奏電子琴時(shí)能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時(shí)可以播放內(nèi)置音樂。 電子琴系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)分為兩 個(gè)人部分，一個(gè)是音樂播放，另一個(gè)就是電子琴。 音樂部分：音樂實(shí)際上是有固定周期的信號，本文介紹用 AT89C51的定時(shí)器控制，在 腳上輸出方波周期信號，產(chǎn)生音樂。當(dāng) DIPSW2,3引腳都 OFF 時(shí)嵌入“不倒翁 .hex”再按上方的 7 個(gè)人鍵盤，自上而下就發(fā)出 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI 7 個(gè)高音節(jié)，當(dāng) DIPSW2,3 引腳都 ON 時(shí)，按下上方第 2個(gè)按鍵，就會(huì)播放音樂，每按下第二個(gè)鍵，就會(huì)重復(fù)演唱。三只小貓歌曲的播放類似于不倒翁歌曲的播放。當(dāng)DIPSW2,3 引腳再次 OFF 時(shí)，再按上方的 7 個(gè)人鍵盤，自 上而下就會(huì)發(fā)出 SI 、 LA、 SO、 FA、 MI 、 RE 、 DO 7 個(gè)高音節(jié)。按下 1— 16 鍵，分別產(chǎn)生 MI,FA,SO,LA,SI 低音，數(shù)碼管顯示 3,4,5,6,7；中音單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì) _畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 DO,MI,FA,SO,LA,SI,數(shù)碼管顯示 1,2,3,4,5,6,7:；高音 DO,RE,MI,FA,數(shù)碼管顯示 A,B,C,D。 由于一首音樂是由許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們