【正文】 ......................................... 18 附錄 2：源程序 ............................................................................................................................ 19 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 1 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 在電子音樂領(lǐng)域，電子音調(diào)作為現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，它在現(xiàn)代音 樂中扮演著重要的角色。近年來，我國(guó)音樂教育在理論與實(shí)踐上都取得了有目共睹的成績(jī)，探索并形成了具有中國(guó)特色的、較為完整的音樂教育教學(xué)體系。結(jié)合電子琴自身強(qiáng)大的功能及獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)來進(jìn)行音樂教育的實(shí)施，這樣就應(yīng)該大力推廣電子琴進(jìn)入音樂教室，讓電子琴教學(xué)在音樂教育中發(fā)揮巨大的作用。 目前，市場(chǎng)上的電子琴可謂琳瑯滿目，功能也是越來越完備。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 8 個(gè)按鍵和 1 個(gè)復(fù)位按鍵。各音符按照符合電子 琴的按鍵順序排列； （ 2）達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出 簡(jiǎn)單的樂曲； （ 3）不彈奏時(shí)，利用功能鍵可以播放內(nèi)置音樂。它主 要采用了 SmartDoc 技術(shù)、SmartTool技術(shù)、 SmartTeam 技術(shù)。 編寫程序 四、電子琴系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)采用 AT89C51 為主控芯片，因其精度較高，操作比較靈活，輸入電路和輸出電路由芯片來進(jìn)行處理，電路的系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，功耗小。 五、電子琴系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī) AT89C51 的電子琴電路由琴鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路、時(shí)鐘 復(fù)位電路和電源電路五部分所構(gòu)成。 矩陣式鍵盤 矩陣式（也稱行列式）鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，要節(jié)省較多的 I/O 口線。 顯而易見，這樣電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按下按鍵的軟件編寫簡(jiǎn)單。 方案比較 對(duì)于以上兩種電路的的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 2 所示。 LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的。共陽極LED 數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 表 3 八段 LED 數(shù)碼管的字形碼表 顯示字符 共陰極 共陽極 顯示字符 共陰極 共陽極 0 3FH C0H b 7CH 83H 1 06H F9H C 39H C6H 2 58H A4H d 5EH A1H 3 4FH B0H E 79H 86H 4 66H 99H F 71H 8EH 5 6DH 92H H 76H 89H 6 7DH 82H L 38H C7H 7 07H F8H P 73H 8CH 8 7FH 80H U 3EH C1H 9 67H 90H . 80H 7FH 鍵數(shù)目多的時(shí)候優(yōu)勢(shì)明顯 圖 4 八段 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 6 A 77H 88H LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示方式即無論多少位 LED 數(shù)碼管，同時(shí)處于顯示狀態(tài)。另外，在顯示位數(shù)較多的情況下，所需的電流比較大，對(duì)電源的要求也就隨之增高，這時(shí)一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。如圖 6 所示為 四位七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路。 方案比較 對(duì)于以上兩種數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路的的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 4 所示。其中，LM386 作為一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外表 4 兩種數(shù)碼管 驅(qū)動(dòng)電路的的優(yōu)缺點(diǎn)比較 驅(qū)動(dòng)方式 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 靜態(tài)顯示 顯示無閃爍，亮度較高， 編程簡(jiǎn)單 數(shù)碼管越多，所需的電流越大， 電源的要求越高 動(dòng)態(tài)顯示 電路簡(jiǎn)單，數(shù)碼管越多， 優(yōu)勢(shì)越明顯 不如靜態(tài)顯示的亮度高， 可能出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象 圖 7 數(shù)碼管顯示 電路 圖 8 音頻功放 電路 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 8 接元件少和諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。 這些操作都是 由復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位， RST 引腳上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 電源電路 當(dāng)今社會(huì)大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。交流電壓 iu 通過變壓器 T1 降壓得到 1iu ，然后由 V7~V10 四個(gè)整流二極管組成的電橋進(jìn)行整流得到直流電壓，再經(jīng)由電解電容和非極性電容構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)和三端穩(wěn)壓器 LM7812 和LM7805 的穩(wěn)壓作用后，分別輸出 +12V和 +5V的直流電壓。整體電路圖見附錄 1。 表 5 系統(tǒng)硬件接口定義 引腳號(hào) 引腳名 接口說明 備注 39~32 ~ 數(shù)碼管與單片機(jī)通信口 1~8 ~ 獨(dú)立按鍵接口 12 INT0 外部中斷源輸入端 10 控制蜂鳴器 主函數(shù) 主函數(shù)流程圖如圖 14 所示。 while(1) { Sound_Player()。 void Init(void) { P0 = 0xff。//外部中斷 0 允許 TMOD = 0x01。//開總中斷 } 數(shù)碼管顯示函數(shù) 數(shù)碼顯示的流程框圖如圖 16 所示。amp。 //關(guān)定時(shí)器 0 初始化開始 結(jié)束 圖 15 初始化流程圖 關(guān)閉數(shù)碼管 外部中斷邊沿觸發(fā) 允許外部中斷 開總中斷 關(guān)閉定時(shí)器 允許定時(shí)器中斷 定時(shí)器工作方式 Y N N 執(zhí)行代碼 1 Y 功能鍵鍵碼？ 數(shù)碼顯示開始 結(jié)束 音調(diào)鍵鍵碼？ 圖 16 數(shù)碼顯示流程圖 執(zhí)行代碼 2 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 12 } 中斷函數(shù) 中斷函數(shù)用到了外部中斷和定時(shí)器中斷。按鍵被按下是，其觸點(diǎn)電壓變化過程如圖 19 所示。 本設(shè)計(jì)是用軟件消抖方 法編寫一個(gè)消抖程序。鍵值掃描函數(shù)的流程圖如圖 20 所示。 //消抖 if(key == 0xfe) { Keycode = 1。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)配有 12MHZ晶振，利用 AT89C51 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作定時(shí)器模式的工作方式 1 下，其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器初值計(jì)算公式為： 16 61 2 / (1 2 )102 TX ?? ? 式中 T 為定時(shí)時(shí)間，是所需頻率的倒數(shù)。 switch(Keycode) { case 1: //Do { TH0code = 0XFB。 TR0 = 1。利用仿真軟件Proteus 和 編程軟件 Keil uVision4 進(jìn)行調(diào)試程序。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到 PCB 板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過程。 調(diào)試結(jié)果 利用 Proteus 對(duì)電路進(jìn)行仿真分析， 電子琴電路 的 仿真電路圖如圖 22 所示 。 電子琴設(shè)計(jì)中的問題及解決方法 電子琴的設(shè)計(jì)并非一帆風(fēng)順，在這期間遇到了很多問題，下面談幾個(gè)關(guān)鍵的問題。 八、電子琴設(shè)計(jì)總結(jié) 在電子音樂領(lǐng)域，電子音調(diào)作為現(xiàn) 代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，它在現(xiàn)代音樂中扮演著重要的角色。 電子琴的設(shè)計(jì)并非一帆風(fēng)順，在這期間遇到 了很多問題，下面談幾個(gè)關(guān)鍵的問題。 通過這次課程設(shè)計(jì)，感覺收獲頗多?；?51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 17 參考文獻(xiàn) [1]袁東 .51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)戰(zhàn)手冊(cè) [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. 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[14] 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 18 附錄 1：電子琴系統(tǒng)原理圖 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 19 附錄 2：源程序 include define uint unsigned int define uchar unsigned char void Init(void)。//數(shù)碼顯示 void Sound_Player(void)。 uint TH0code,TL0code。 uchar code Music1_Tab[]={ //曲譜 1 碼表 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e}。 while(1) { Sound_Player()。 IT0 = 1。//定時(shí)器 0 中斷允許 TR0 = 0。 TL0code = 0XE9。 //開定時(shí)器 0 Speaker = ~Speaker。 TH0 = TH0code。 break。 //置初值 TL0 = TL0code。 } case 4: //Fa { TH0code = 0XFC。 TR0 = 1。 TL0code = 0X5C。 //開定時(shí)器 0 Speaker = ~Speaker。 TH0 = TH0code。 break。 //置初值 TL0 = TL0code。 } default:break。 //置初值 TL0 = TL0code。 break。 //置初值