【文章內(nèi)容簡介】 C接通來實現(xiàn)。 時鐘電路設(shè)計 圖 時鐘電路 單片機內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳 XTALl 和 XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，結(jié)構(gòu)圖中 Y C C2?？梢愿鶕?jù)情況選擇 6MHz、12MHz或 24MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇 30pF左右的瓷片電容。 3 電子琴硬件設(shè)計 鍵盤電路設(shè)計 常用的按鍵有三種：機械觸點式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵（又稱觸摸式鍵盤）。 機械觸點式按鍵是利用 機械 彈性使鍵復(fù)位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是觸點處易侵入灰塵而導(dǎo) 致接觸不良，體積相對較大。 導(dǎo)電橡膠按鍵是利用橡膠的彈性來復(fù)位，通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產(chǎn)。但是時間長了，橡膠老化而使彈力下降，同時易侵入灰塵。 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 6 柔性按鍵是近年來迅速發(fā)展的一種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。柔性按鍵最大特點是防塵、防潮、耐蝕，外形美觀，裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機的要求來設(shè)計。 但是由于客觀條件與經(jīng)濟能力有限，本系統(tǒng)采用機械觸點式按鍵。當(dāng)測試表明有鍵被按下之后，緊接著就進行去抖動處理。因為鍵是機械開 關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機械觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。為保證鍵識別的準確，在電壓信號抖動的情況下不能進行行狀態(tài)輸入。為此需進行去抖動處理。去抖動有硬件和軟件兩種方法。硬件方法就是加去抖動電路，從根本上避免抖動的產(chǎn)生。軟件消抖，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時程序之后，再檢測此按鍵，如果第二次檢測結(jié)果仍為按下狀態(tài)， CPU便確認此按鍵己按下，消除了抖動。 圖 鍵盤電路 利用所給鍵盤的 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8八個鍵，能夠發(fā)出 7個不同的音調(diào)，而且有一個按鍵可以自動播放歌曲，要求按鍵按下時發(fā)聲，松開延時一小段時間，中間再按別的鍵則發(fā)另外一音調(diào)的聲音，當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤按下，則快速檢測出是哪一個按鍵被按下，然后單片機的定時器啟動，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動電路放大濾波后，就會發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。如果在前一個按下的鍵發(fā)聲的同時有另一個按鍵被按下，則啟動中斷系統(tǒng)。前面的發(fā)音停止，轉(zhuǎn)到后按的鍵的發(fā)音程序。發(fā)出后按的鍵的音調(diào)。 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 7 顯示電路設(shè)計 圖 流水燈顯示電路 本設(shè)計利用 8 個燈對應(yīng) 8個按鍵的功能顯示，當(dāng)按下 17按鍵時對應(yīng) 7個音調(diào)同時對應(yīng)的小燈閃爍，當(dāng)按下第 8 個按鍵時播放歌曲同時小燈輪閃，閃亮的時間等于音調(diào)的長短，小燈之間的切換時間為節(jié)拍時間，這樣就實現(xiàn)了小燈隨音樂而跳動閃爍的景象。使小燈隨音樂跳動起來，這就是小燈顯示的優(yōu)點 。 串口電路設(shè)計 本設(shè)計采用 MAX232串口轉(zhuǎn)換芯片其性能特點如下： 符合所有的 RS232C技術(shù)指標(biāo)； 只需要單一 +5V電源供電 ； 片載 電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V和 10V電壓 V+、 V； 功耗低，典型供電電流 5mA； 內(nèi)部集成 2個 RS232C驅(qū)動器 ； 內(nèi)部集成兩個 RS232C接收器 ； 高集成度，片外最低只需 4個電容即可工作。 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用+5v單電源供電。 內(nèi)部基本上可以分為三部分 ： 第一部分是電荷泵電路。由 6腳和 4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v兩個電源，提供給 RS232串口電平的需要。 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 8 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中 13腳（ R1IN）、 12腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從 11引腳（ T1IN）、 10引腳（ T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成 RS232數(shù)據(jù)從 14腳（ T1OUT）、7腳（ T2OUT）送到電腦 DB9插頭； DB9插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 13引腳（ R1IN）、 8引腳（ R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 12 引腳（ R1OUT）、 9引腳（ R2OUT）輸出。 第三部分是供電。 15腳 GND、 16腳 VCC（ +5v）。 下圖所示為 MAX232管腳封裝圖。 圖 MAX232 封裝引腳圖 圖 串口電路 電容器應(yīng)選擇 1μF 的電解電容。 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 9 由于 RS232 電平較高，在接通時產(chǎn)生的瞬時電涌非常高，很有可能擊毀 MAX232，所以在使用中應(yīng)盡量避免熱插拔。 如圖 。 發(fā)音電路設(shè)計 圖 揚聲器發(fā)聲電路 本設(shè)計采用 9012PNP型三極管， 三極管 9012是一種常用的小功率 PNP型硅管， 在圖中，三極管主要是做驅(qū)動用的，因為單片機的 IO 口驅(qū)動能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過三極管放大驅(qū)動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng) 三極 管導(dǎo)通，集電極電流通過蜂鳴器讓 蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發(fā)出聲音，從而實現(xiàn)單片機控制發(fā)聲。 4 電子琴軟件設(shè)計 電子琴發(fā)聲原理 一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波 頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機奏樂只需 弄清楚兩個概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個音符唱多高的 頻率，節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。在音樂中所謂“音調(diào)”，其實就是我們 常說的“音高”。在音樂中常把中央 C 上方的 A 音定為標(biāo)準音高，其頻率 f=440Hz。 當(dāng)兩個聲音信號的頻率相差一倍時，也即 f2=2*f1時，則稱 f2比 f1高一個倍頻程 , 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 10 在音樂中 1（ do）與 .1， 2（ re）與 .2??正好相差一個倍頻程，在音樂學(xué)中稱它 相差一個八度音。在一個八度音內(nèi)，有 12個半音。以 1— i 八音區(qū)為例， 12 個 半音是： 1— ＃ ＃ 1— 2— ＃ ＃ 2— 3— 4— ＃ 4，＃ 4— 5 一＃ ＃ 5— 6— ＃ ＃ 6— 7— i。這 12 個音階的分度基本上是以對數(shù)關(guān)系來劃 分的。 如果我們只要知道了這十二個音符的音高，也就是其基本音調(diào)的頻率，我 們就可根據(jù)倍頻程的關(guān)系得到其他音符基本音調(diào)的頻率。 知道了一個音符的頻率后，我們就可以采用通過單片機的定時器定時中斷 的方法，將單片機上對應(yīng)蜂鳴器的 I/O 口來回取反，或者說來回清零，置位，從 而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，為了讓單片機發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時器予 置不同的定時值就可實現(xiàn)。我們就以本次設(shè)計中標(biāo)準音高 A為例進行演示。 A的頻 率 f = 440 Hz,其對應(yīng)的周期為： T = 1/ f = 1/440 =2272μ s 圖 脈沖產(chǎn)生原理圖 由圖 ,單片機上對應(yīng)蜂鳴器的 I/O 口來回取反的時間應(yīng)為： t=T/2=2272/2=1136μ s 這個時間 t 也就是單片機上定時器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時間。 一般情況下，單片機奏樂時，其定時器為工作方式 1，它以振蕩器的十二分 頻信號為計數(shù)脈沖。設(shè)振蕩器頻率為 f0，則定時器的予置初值由下式來確定： t=12*（ TALL– THL） /f0 式中 TALL = 216 = 65536,THL為定時器待確定的計數(shù)初值。 因此定時器的高 低計數(shù)器的初值為： TH=THL/256=(TALL– t*f0/12)/256 TL=THL%256=(TALL– t*f0/12)%256 將 t=1136μ s 代入上面兩式（注意：計算時應(yīng)將時間和頻率的單位換算一致）， 單片機電子琴課程設(shè)計 趙偉 11 即可求出標(biāo)準音高 A 在單片機晶振頻率 f0=12Mhz，定時器在工作方式 1下的定時 器高低計數(shù)器的予置初值為： TH440Hz=(65536– 1136*12/12)/256=0XFB TL440Hz=(65536– 1136*12/12)%256=0X90 根據(jù)上面的求解方法，我們就可求出其他音 調(diào)相應(yīng)的計數(shù)器的予置初值。 音符的節(jié)拍我們也可以舉例來說明。在一張樂譜中，我們經(jīng)常會看到這樣的 表達式，如 1=C、 1=G?? 等等，這里 1=C,1=G表示樂譜的曲調(diào)，和我們前面所談 的音調(diào)有很大的關(guān)聯(lián)，、就是用來表示節(jié)拍的。以為例加以說明，它表示樂譜中 以四分音符為節(jié)拍，每一小結(jié)有三拍。比如： 圖 部分樂譜圖 在圖 1 、 2 為一拍， 5 為一拍， 6為一拍共三拍。 1 、 2的時長為四分音符的一半，即為八分音符長， 4的時長為八分音符的一半，即為十六分音 符長， 5 的時長為四分音符的一半，即為八分音符長， 6的時長為四分音符長。 一般說來，如果樂曲沒有特殊說明，一拍的時長大約為 400— 500ms 。我們以一 拍的時長為 400ms 為例，則當(dāng)以四分音符為節(jié)拍時，四分音符的時長就為 400ms， 八分音符的時長就為 200ms，十六分音符的時長就為 100ms。可見，在單片機上控制一個音符唱多長可采用循環(huán)延時的方法來實現(xiàn)。首先，我們確定一個基本時長的延時程序，比如說以十六分音符的時長為基本延時時間，那么，對于一個音符，如果它為十六分音符，則只需調(diào)用一次延時程序，如果它為 八分音符，則只需調(diào)用二次延時程序，如果它為四分音符，則只需調(diào)用四次延時程序，依次類推。 通過上面關(guān)于一個音符音調(diào)和節(jié)拍的確