【文章內(nèi)容簡介】 可靠、應(yīng)用廣泛的特點。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。因此，單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項重大課題[2]。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現(xiàn)特性，它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分[3]。進(jìn)入21世紀(jì)，歷史又翻開了新的一頁。我國雙排鍵電子琴教育事業(yè)面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。短暫而輝煌的歷史預(yù)示著這個年輕的專業(yè)蘊藏著巨大的潛力，具有光明的前景。當(dāng)然，我們還必須清醒地看到，它畢竟是一個新興的、發(fā)展中的專業(yè)，尚存在著諸多不完善的地方和許多等待解決的問題而隨著社會的發(fā)展、時代的前進(jìn)，還會出現(xiàn)許多新的矛盾和問題。展望未來，可謂任重而道遠(yuǎn)。值得注意的是電子琴在音樂普及和教育上的功能，如今已得到政府和音樂教育工作者的普遍認(rèn)可。在教育部編制的中小學(xué)音樂大綱中，電子琴被列為提倡的樂器之一。2000年國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》中指出:“為進(jìn)一步普及兒童音樂教育，提高兒童音樂素養(yǎng)，加強(qiáng)社會主義精神文明建設(shè)，我們將繼續(xù)義不容辭地推動我國電子琴教育事業(yè)不斷發(fā)展?！逼占敖逃菍I(yè)教育的基礎(chǔ)，專業(yè)教育是普及教育的升華。普及教育的繁榮與發(fā)展一方面為專業(yè)提供著充分的生源，另一方面又不斷地為專業(yè)教育提出新的教學(xué)、科研問題，推動專業(yè)教育向縱深發(fā)展。因此，普及教育的繁榮勢必給專業(yè)教育帶來新的發(fā)展機(jī)遇。雙排鍵電子琴傳入我國僅有不到20年的歷史，而其專業(yè)教育的歷史也不過十年有余，但其發(fā)展速度迅猛異常。這種局面的形勢，既得利于電子琴藝術(shù)的普及與繁榮，又得利于國家改革開放與社會高度發(fā)展之歷史機(jī)遇，更得利于雙排鍵電子琴教育領(lǐng)域中一大批有志之士的開拓進(jìn)取、奮力拼搏和對事業(yè)的執(zhí)著追求。時代的腳步走進(jìn)了新的世紀(jì)，雙排鍵電子琴藝術(shù)及專業(yè)教育面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。雙排鍵電子琴教育發(fā)展領(lǐng)域的仁人志士還需上下求索，與時俱進(jìn)，為祖國音樂事業(yè)、教育事業(yè)的繁榮發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)[4]。 設(shè)計目標(biāo)（1）了解電子琴的構(gòu)成，工作原理及應(yīng)用；（2）熟悉51系列AT89C51芯片性能和應(yīng)用；（3）熟悉和應(yīng)用PROTEL軟件，設(shè)計基于單片機(jī)的電子琴的原理圖和版圖；（4）熟悉PROTEUS軟件和應(yīng)用，并且能夠運用它編寫程序；（5）掌握系統(tǒng)硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，綜合調(diào)試的方法[5]。 研究內(nèi)容用AT89C51單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有16個按鍵和揚聲器，并能夠播放一首音樂[6]。l、手動彈奏樂曲和自動播放音樂用非編碼的矩形鍵盤來實現(xiàn)，其中包括數(shù)字鍵和功能鍵，功能鍵包括切換鍵和暫停鍵。手動彈奏樂曲中矩陣鍵盤的21分別設(shè)置不同的音符，同時用一個鍵作為進(jìn)入轉(zhuǎn)換控制程序的控制鍵，然后通過其功能鍵可實現(xiàn)手動彈奏樂曲與播放音樂之間的切換。并對自動播放的音樂進(jìn)行暫停及重新播放的控制[7]。四位LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，將按下的鍵值送入顯示，并一一對應(yīng)各個音符。采用動態(tài)掃描輸出。軟件的設(shè)計主要包括矩形鍵盤鍵值的讀取、LED動態(tài)掃描輸出程序、音樂自動播放程序和手動彈奏樂曲程序[8]。此次程序設(shè)計主要分為兩大塊:手動彈奏樂曲程序和自動播放程序。兩者之間用功能轉(zhuǎn)換程序?qū)ζ溥M(jìn)行結(jié)合，并實現(xiàn)各種不同功能的控制[9]。進(jìn)行應(yīng)用軟件設(shè)計時可采用模塊化設(shè)計，其優(yōu)點是:(1)每個模塊的程序結(jié)構(gòu)簡單，任務(wù)明確，易于編寫、調(diào)試和修改。(2)程序可讀性好，對程序的修改可局部進(jìn)行，其他部分可以保持不變，便一于功能的擴(kuò)充和版本的升級:(3)對一于使用頻繁的子程序可以建立子程序庫，便于多個模塊調(diào)用:(4)便于分工合作，多個程序員同時進(jìn)行程序的編寫和修改調(diào)試土作，加快軟件的研制進(jìn)度[10]。根據(jù)設(shè)計要求，首先要確定軟件設(shè)計方案，即確定該軟件應(yīng)該完成哪些功能。其次是規(guī)劃這些功能需要分成多少個功能模塊，以及每一個程序模塊的具體任務(wù)是什么。其系統(tǒng)的軟件設(shè)計的模塊應(yīng)該遵循下述原則:每個模塊應(yīng)具備獨立的功能，能產(chǎn)生一個明確的結(jié)果。模塊之間的控制參數(shù)應(yīng)盡量簡單，數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)盡量少?？刂茀?shù)是指模塊進(jìn)入和退出的條件及方式，數(shù)據(jù)參數(shù)是指模塊間信息的交換方式、交換量的多少及交換的頻繁程度。模塊的長度適中。模塊語句的長度要始終，模塊太長，調(diào)試和分析會有難度。模塊太短，信息交換太過頻繁，不利于模塊功能的體現(xiàn)[11]。演奏音樂原理:通過控制單片機(jī)定時器的定時時間產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖，經(jīng)放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出不同音節(jié)的聲音。用軟件延時來控制發(fā)音時間的長短，控制節(jié)拍。把樂譜的音符和相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時常數(shù)和延時常數(shù)，作為數(shù)據(jù)表格存放在存儲器中，由程序到量常數(shù)和延時常數(shù)，分別用來控制定時器產(chǎn)生的脈沖頻率和發(fā)出該音頻脈沖的持續(xù)時間。單片機(jī)晶振振頻率為12KHZ時，樂曲中的音符、頻率及定時常數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系可制成表格[12]。利用AT89S51的內(nèi)部定時器使其工作在計數(shù)器模式下，改變計數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階。單片機(jī)12MHZ晶振高、中、低一符與單片機(jī)計數(shù)機(jī)計數(shù)T0相關(guān)的計數(shù)值如表所示: C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的關(guān)系音符頻率(HZ)半周期(ms)簡譜碼T值定時值(H)簡譜碼T值定時值(H)低1DO262F894H62628低2RE294F95CH63835低3MI330FA1AH64021低4Fa349FA6AH64103低5So392FB00H64026低6La440FB8CH64400低7Si494FCOEH64524中1DO523FC4EH64580中2RE587FCAEH64684中3MI659FD08H64777中4Fa698FD30H64820中5So784FD80H64896中6La880FDC6H64966中7Si988FE02H65030高1DO1046FE2AH65058高2RE1175FE5CH65110高3MI1318FE84H65157高4Fa1397FE98H65178