【正文】 時掃描方式）、中斷掃描方式。 四、鍵盤電路結(jié)構(gòu) 矩陣式鍵盤接口設(shè)計 ： 矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。節(jié)省 I/O 口。矩陣鍵盤工作原理：行線通過上拉電阻接到 +5V 上。無按鍵，行線處于高電平狀態(tài)，有鍵按下，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平為高。 用 AT89S51 的并行口 P1 接 44 矩陣鍵盤，以 － 作輸入線，以 － 作輸出線；在數(shù)碼管 上顯示每個按鍵的 “0 － F” 序號。對應(yīng)的按鍵的序號排列如圖所示 按鍵的序號排列圖 硬件電路原理圖 1． 44 矩陣鍵盤識別處理 2． 每個按鍵有它的行值和列值 ，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU 通信。每個 按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0” 和 “1” ，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接 VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字 “0”實現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。 樂曲聲音算法 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應(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，當然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時 /計數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號 4． 1 音樂頻率 的實現(xiàn) : ,只要算出某一音頻的周期 (1/頻率 ),然后將此周期除以 2, 即為半周期的時間 ,然后利用計時器計時此半周期時間 ,每當計時到后就將輸出脈沖的 I/O 反相 ,然后重復(fù)計時此半周期時間再對 I/O 反相 ,如此就可在 I/O 腳上得到此頻率的脈沖 . 8051 的內(nèi)部計時器讓其工作在計數(shù)模式 MODE1 下 ,改變計數(shù)值 TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同的頻率 . 6MHZ 晶 振為例 :要產(chǎn)生頻率為 523HZ,其周期 T= 1/523= 1912us, 其半周期為 1912/2=956us,因此只要令計數(shù)器計時 956us/1us= 956 次時將 I/O 反相 ,就可得到中音 DO(523HZ). 計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下 : N=Fi+2+Fr N:計數(shù)值 Fi:內(nèi)部計時一次 2us,以 6MHZ 晶振為例 ,故其頻率為 500000HZ Fr:要產(chǎn)生的頻率 : T=65536N=65536Fi/2/Fr 例如 :求低音 DO(261HZ),中 音 DO(523HZ),高音 DO(1046HZ) 的計數(shù)值 ? 設(shè) K=65536 F=500000=Fi= T=65536N=65536Fi/2/Fr=65536500000/2/Fr=65536250000/Fr 低音 DO 的 T=65536250000/262=64582 中音 DO 的 T=65536250000/523=65058 高音 DO 的 T=65536250000/1047=65297 5. C 調(diào)各音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表 : 音符 頻率 HZ 6MHZ 十六進制值 音符 頻率 HZ 6MHZ 十六進制值 低 1DO 262 64582 FC46 4FA 740 65198 FEAE 1DO 277 64634 FC7A 中 5SO 784 65217 FEC1 低 2RE 294 64686 FCAE 5SO 831 65235 FED3 2RE 311 64732 FCDC 中 6LA 880 65252 FEE4 低 3M 330 64779 FD0B 6LA 932 65268 FEF4 低 4FA 349 64820 FD34 中 7SI 988 65283 FF03 4FA 370 64860 FD5C 高 1DO 1046 65297 FF11 低 5SO 392 64898 FD82 DO 1109 65311 FF1F 5SO 415 64934 FDA6 高 2RE 1175 65323 FF2B 低 6LA 440 64968 FDC8 2RE 1245 65335 FF37 6LA 466 65000 FDE8 高 3M 1318 65346 FF42 低 7SI 494 65030 FE06 高 4FA 1397 65357 FF4D 中 1DO 523 65058 FE22 4FA 1480 65367 FF57 1DO 554 65085 FE3D 高 5SO 1568 65377 FF61 中 2RE 578 65103 FE4F 5S0 1661 65385 FF69 2RE 622 65134 FE6E 高 6LA 1760 65394 FF72 中 3M 659 65157 FE85 6LA 1865 65402 FF7A 中 4FA 698 65178 FE9A 高 7SI 1976 65409 FF81 表示半音 ,用于上升或下降半個音 4． 2 音樂 節(jié)拍 的實現(xiàn) : 每個音符使用 1 個字節(jié) ,字節(jié)的高 4 位代表音符的高低 ,低 4 位代表音符的節(jié)拍 ,如果 1拍節(jié)為 秒則 1/4 拍是 秒 ,只要設(shè)定延遲時間就可求得節(jié)拍的時間 ,再來我們假設(shè)1/4 拍為 1 DELY 單位 ,則 1 拍應(yīng)為 4 個 DELY,以此類推 ,只要求得 1/4 拍的 DELY 單位時間 ,其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù) . 1/4 拍的延遲時間 = 秒 DELAY:MOV R7,02H D2:MOV R4,31H D3:MOV R3,0F1H DJNZ R3,$ DJNZ R4,D3 DJNZ R7,D2 DJNZ R5,DELAY 。R5 存節(jié)拍數(shù) RET 節(jié)拍與節(jié)拍碼對照表 : 節(jié)拍碼 節(jié)拍數(shù) (拍 ) 節(jié)拍碼 節(jié)拍數(shù) (拍 ) 1 1/4 1 1/8 2 2/4 2 1/4 3 3/4 3 3/8 4 1 4 4 1/2 5 1 又 1/4 5 5/8 6 1 又 1/2 6 3/4 8 2 8 1 A 2 又 1/2 A 1 又 1/4 C 3 C C 1 又 1/2 F 3 又 1/2 F 1 又 3/4 各調(diào)值 1/4 節(jié)拍的時間設(shè)定 各調(diào)值 1/8 節(jié)拍的時間設(shè)定 曲調(diào)值 DELAY 6MHZ(H) 曲調(diào)值 DELAY 6MHZ(H) 調(diào) 4/4 125 亳秒 3E 調(diào) 4/4 62 亳秒 1F 3/4 187 5D 3/4 94 2F 2/4 250 7D 2/4 125 3E 建立音樂的步驟 : ,最高音范圍 , 然后確定音符表首地址 . 0151H,適用簡譜范圍為 低音 1 到 高音 1. (音符 )為高 4 位 , 節(jié)拍碼 ( 節(jié)拍數(shù) ) 為低 4 位 , 音符節(jié)拍碼放在 程序的 0300H 處 .本程序有關(guān)約定 :根據(jù)不同曲調(diào) ,可以建立不同簡譜音符表 0151H 為一簡譜音符表首地址適用簡譜范圍 低音 1 到 高音 10159H 為一簡譜音符表首地址適用簡譜范圍 低音 5 到 高音 5 0300H 為第一首歌曲首地址 ,字節(jié)高位為音符代碼 ,低位為節(jié)拍代碼組成簡譜曲碼 . 003EH 為歌曲 DPH 高位首地址 ,0041H 為歌曲 DPL 低位首地址 002FH 為節(jié)拍速度代碼 。 0073H 為音符表低位地址 ,高位地址為 01H,不可改動 0047H 內(nèi)容為該首放音二次 ,01為放音 1次 . 008DH 改為 00H,則反復(fù)放該首曲 (調(diào)試時用 ).樂曲存放約定 :曲碼中00H 表示上首曲結(jié)束標記 。接著為下首曲節(jié)拍速度值 , 再接著為該首曲音符表首地址 ,然后才是樂曲曲碼 ,全部樂曲結(jié)束標記為連續(xù)兩個單元是 00H 00H 各調(diào)值節(jié)拍時間代碼表 (6MHZ 晶振時 )曲調(diào)值 節(jié)拍速度值 4/4 3EH 3/4 5DH 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?，F(xiàn)在以單片機12MHZ 晶振為例，例出高中低音符與單片機計數(shù) T0 相關(guān)的計數(shù)值如下表所示 音符 頻率（ HZ） 簡譜碼（ T值） 音符 頻率（ HZ） 簡譜碼（ T值） 低 1 DO 262 63628 4 FA 740 64860 1 DO 277 63731 中 5 SO 784 64898 低 2 RE 294 63835 5 SO 831 64934 2 RE 311 63928 中 6 LA 880 64968 低 3 M 330 64021 6 932 64994 低 4 FA 349 64103 中 7 SI 988 65030 4 FA 370 64185 高 1 DO 1046 65058 低 5 SO 392 64260 1 DO 1109 65085 5 SO 415 64331 高 2 RE 1175 65110 低 6 LA 440 64400 2 RE 1245 65134 6 466 64463 高 3 M 1318 65157 低 7 SI 494 64524 高 4 FA 1397 65178 中 1 DO 523 64580 4 FA 1480 65198 1 DO 554 64633 高 5 SO 1568 65217 中 2 RE 587 64684 5 SO 1661 65235 2 RE 622 64732 高 6 LA 1760 65252 中 3 M 659 64777 6 1865 65268 中 4 FA 698 64820 高 7 SI 1967 65283 下面我們要為這個音符建立一個表格，有助于單片機通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)低音 0－ 19 之間，中音在 20－ 39 之間，高音在 40－ 59 之間 TABLE: DW 0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,0,0 DW 0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0 DW 0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0 DW 0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0 DW 0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0 DW 0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0 DW 0 音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（ C 調(diào)） 曲調(diào)值 DELAY 曲調(diào)值 DELAY 調(diào) 4/4 125ms 調(diào) 4/4 62ms 調(diào) 3/4 187ms 調(diào) 3/4 94ms 調(diào) 2/4 250ms 調(diào) 2/4 125ms 對于不同的曲調(diào)我們也可以用單 片機的另外一個定時 /計數(shù)器來完成。 下面 將 用 AT89S51 單片機產(chǎn)生一首 “祝你平安 ”歌曲 。在這個程序中用到了兩個定時 /計數(shù)器來完成的。其中 T0 用來產(chǎn)生音符頻率， T1 用來產(chǎn)生音拍。 全部程序見論文尾部。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 5． 1 系統(tǒng)程序流程如圖所示： 程序開始 關(guān)閉定時器，進行 下一次琴鍵識別 延遲 10ms 5． 2 鍵盤掃描程序流程圖 讀 P0口的狀態(tài) Y Y 再讀 P0口的狀態(tài) 判斷是否是抖動 判斷是幾 號琴鍵， 并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序 查表得相應(yīng)琴鍵的定時初值 啟動定時器 T0 等待中斷，并判斷此次琴鍵是否被釋放 N 主程序流程圖 重裝定時器 T0處值 對 求反 中斷返回 中斷程序流程圖 6 總結(jié) 經(jīng)過三個月的努力，簡易電子琴的電路設(shè)計成功了 ,簡易電子琴的設(shè)計有眾多的方法，此次選擇了以單片機為基礎(chǔ)的簡易電子琴歷 ,當然這和我們所學(xué)的專業(yè)有很大的關(guān)系，首先我們所學(xué)的課程中有關(guān)電子硬件的知識占了多數(shù)，在大學(xué)期間學(xué)習(xí)了數(shù)字邏輯、單片機原理等基礎(chǔ)電子有關(guān)知識。 基于單片機原理的電子琴大大簡化了以前傳統(tǒng)的音樂產(chǎn)生電路，使得元件得到減少，生產(chǎn)成本降低而且 性能也得到了提高，并且耗能也降低了。 以單片機基礎(chǔ)鋪以外部設(shè)備設(shè)計的簡易電子琴，它可以被制造成一個電子產(chǎn)品，應(yīng)用方便，可以廣泛的應(yīng)用與我們的日常生活中。伴隨著科技水品的提高 ,電子產(chǎn)品會朝著節(jié)能、使用壽命長，故障發(fā)生頻率低、體積小、功能強大等方面迅踴發(fā)展，而單片機的發(fā)展必然會促進其發(fā)展，在不久的將來，高性能的單片機系統(tǒng)會在電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，所以現(xiàn)在對單片機進行初步的研究對以后個人的發(fā)展很有幫助。 我通過收集、查閱與發(fā)聲原理、聲音的產(chǎn)生電路有關(guān)的文獻資料以及仿真調(diào)試軟件的使用使我對單片機的應(yīng)用前景有了深刻的 了解。 致 謝 簡易電子琴 設(shè)計成功了 ,這期間經(jīng)歷了很多辛酸、困惑 ,雖然如此，但更多的還是奮進和學(xué)習(xí)的樂趣，這里面不僅有同學(xué)的幫助 ,還有老師的指導(dǎo)，在這里我特別要向我的導(dǎo)師 —— 陶嵐老師致以深深的謝意。是她給了我這樣一個有意義的課題 ,是她在我設(shè) 計課題時遇到問題給我講解 ,是她給了我學(xué)習(xí)鍛煉的好機會。 通過這次設(shè)計把單片機、電子等有關(guān)知識進一步加深并運用到實踐中 ,培養(yǎng)了我們的動手能力 ,從現(xiàn)在就開始培養(yǎng)我們的獨立設(shè)計能力 ,為我們在以后的工作中打下良好的基礎(chǔ)。在這我十分感謝長沙航 空職業(yè)技術(shù)學(xué)院的老師們給了我們這次機會。由于本人知識程度有限，其中也許有不妥之處，還請老師批評指正。 參考文獻 [1]何立民． 單片機初級教程， 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社． 2021 [2]曹巧媛． 單片機原理與應(yīng)用， 北京： 北京電子工業(yè)出版社． 2021 [3]沈紅衛(wèi)． 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析，北京：北京航空航天大學(xué)出版社。 2021 [4 付曉光 . 單片機原理與實用技術(shù)，北京：北方交通大學(xué)出版社 . 2021 [5]胡漢才 . 單片機原理及其接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出 版社 . 1996 [6]周立功 . 增強型 80C51 單片機速成與實戰(zhàn)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社 . 2021 [7]王治剛 . 單片機應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)，北京：清華大學(xué)出版社 . 2021. 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