【正文】 了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任何地方，包括支持多顯示器窗口。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(guò)程。它是一個(gè)集模擬電路、數(shù)字電路、模 /數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)。利用仿真軟件Proteus 和 編程軟件 Keil uVision4 進(jìn)行調(diào)試程序。 break。 TR0 = 1。 TH0 = TH0code。 switch(Keycode) { case 1: //Do { TH0code = 0XFB。如圖 21 所示音頻處理函數(shù)的流程圖。 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)。 //等待按鍵釋放 }break。 //消抖 if(key == 0xfe) { Keycode = 1。 key = P1。鍵值掃描函數(shù)的流程圖如圖 20 所示。 鍵盤(pán)的每一行通過(guò)一個(gè)上拉電阻接高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的 I/O 口線被拉低。 本設(shè)計(jì)是用軟件消抖方 法編寫(xiě)一個(gè)消抖程序。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短和按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5~10ms。按鍵被按下是，其觸點(diǎn)電壓變化過(guò)程如圖 19 所示。定時(shí)中斷的流程框圖如圖 18 所示，定時(shí)器溢出中斷后，進(jìn)行重裝載初值， 同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的音頻控制操作。 //關(guān)定時(shí)器 0 初始化開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。//Do~Si七個(gè)音調(diào)鍵分別顯示 1~7 else if(Keycode == 8) P0 = ~table[Time + 9]。amp。若判斷是音調(diào)鍵將會(huì)顯示數(shù)字 1~7其中之一；若判斷是功能鍵將會(huì)顯示字母 A、 b、C 其中之一。//開(kāi)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。//定時(shí)器 0 中斷允許 TR0 = 0。//外部中斷 0 允許 TMOD = 0x01。 IT0 = 1。 void Init(void) { P0 = 0xff。//數(shù)碼管顯示鍵值 } } 初始化函數(shù) 初始化的流程框圖如圖 15 所示。 while(1) { Sound_Player()。另外，鍵碼的識(shí)別與刷新是通過(guò)中斷函數(shù)來(lái)完成。 表 5 系統(tǒng)硬件接口定義 引腳號(hào) 引腳名 接口說(shuō)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。而為使編程思路清晰，應(yīng)先繪制程序流程圖。整體電路圖見(jiàn)附錄 1。 圖 11 直流電源電路組成結(jié)構(gòu)圖 變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 ～ 220V 50Hz 圖 12 12V 轉(zhuǎn) 5V 電源電路圖 基于 51 單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 10 整體電路 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。交流電壓 iu 通過(guò)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。 直流電源電路由降壓變壓器、全波整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)成，其組成結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。 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。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，按下復(fù)位鍵，高電平輸入 RST 引腳，單片機(jī)被強(qiáng)制執(zhí)行復(fù)位操作，系統(tǒng)可以退出錯(cuò)誤運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)正常工作。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。 上電復(fù)位在單片機(jī)系統(tǒng)每次通電時(shí)執(zhí)行。 這些操作都是 由復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式做時(shí)鐘電 路。 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。 時(shí)鐘 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。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(wú)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。如圖 7 所示為數(shù)碼管顯示電路，采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式和共陽(yáng)極接法，滿足本次設(shè)計(jì)要求。 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。缺點(diǎn)是顯示亮度不如靜態(tài)顯示的亮度高。如圖 6 所示為 四位七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路。 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 靜態(tài)顯示方式就是無(wú)論在任何時(shí)刻只有一個(gè) LED 數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，即單片機(jī)采用“掃描 ”方式控制各個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。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。如果送往各個(gè) LED 數(shù)碼管所顯示字符的段碼一經(jīng)確定，則相應(yīng) I/O 口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符的段碼為止。 表 3 八段 LED 數(shù)碼管的字形碼表 顯示字符 共陰極 共陽(yáng)極 顯示字符 共陰極 共陽(yáng)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(wú)論多少位 LED 數(shù)碼管，同時(shí)處于顯示狀態(tài)。當(dāng)陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。共陽(yáng)極LED 數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，公共陽(yáng)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。它 由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成， 每一段對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管。 LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的。但是從程序編寫(xiě)的難易程度來(lái)看，若使用矩陣鍵盤(pán)電路來(lái)設(shè)計(jì)會(huì)比獨(dú)立式鍵盤(pán)電路難一些，故選擇獨(dú)立式鍵盤(pán)電路比較合理。 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。 獨(dú)立式鍵盤(pán)電路如圖 3 所示， 8個(gè)獨(dú)立按鍵分別對(duì)應(yīng)一個(gè) I/O 口線，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線就變成了低電平，與其它按鍵相連的檢測(cè)線仍為高電平，只需讀入 I/O 輸入線的狀態(tài)，判別哪一條 I/O 輸入線為低電平，很容易識(shí)別哪個(gè)鍵被按下。 顯而易見(jiàn)，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(xiě)簡(jiǎn)單。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線的電平也為高，這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，要節(jié)省較多的 I/O 口線。相對(duì)于獨(dú)立式鍵盤(pán)而言，軟件上編程會(huì)稍微復(fù)雜些。 矩陣式鍵盤(pán) 矩陣式（也稱行列式）鍵盤(pán)由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。 琴鍵控制電路 琴鍵控制電路作為人機(jī)聯(lián)系的輸入部分，也是間接控制數(shù)碼顯示和音頻功放的重要組成部分。 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。由于需要顯示的信息不多，顯示電路未采用液晶屏顯示，而是使用數(shù)碼管顯示電路負(fù)責(zé)顯示按下的琴鍵所對(duì)應(yīng)的鍵值，這樣既節(jié)省了成本了，又降低了編程難度 。 編寫(xiě)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(lái)進(jìn)行處理，電路的系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，功耗小。除此之外還有一些革命性的特點(diǎn)：互動(dòng)的電路仿真、仿真處理器及其外圍電路。它主 要采用了 SmartDoc 技術(shù)、SmartTool技術(shù)、 SmartTeam 技術(shù)。關(guān)于這三種軟件的簡(jiǎn)介如表 1 所示。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(lè)曲； （ 3）不彈奏時(shí)，利用功能鍵可以播放內(nèi)置音樂(lè)。關(guān)于聲音的處理，使用單片機(jī) C 語(yǔ)言，利用定時(shí)器來(lái)控制頻率，而每個(gè)音符的符號(hào)只是存在自定義的表中。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤(pán)、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。這就為電子琴的普及提供了方便。 目前，市場(chǎng)上的電子琴可謂琳瑯滿目，功能也是越來(lái)越完備。電子琴自動(dòng)伴奏的穩(wěn)定性、準(zhǔn) 確性，以及鮮明的強(qiáng)弱規(guī)律、隨人設(shè)置的速度要求，都更便于人們由易到難、深入淺出的準(zhǔn)確掌握歌曲節(jié)奏和樂(lè)曲風(fēng)格，對(duì)其節(jié)奏的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性訓(xùn)練能起到非常大的作用。結(jié)合電子琴自身強(qiáng)大的功能及獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行音樂(lè)教育的實(shí)施，這樣就應(yīng)該大力推廣電子琴進(jìn)入音樂(lè)教室，讓電子琴教學(xué)在音樂(lè)教育中發(fā)揮巨大的作用。 如今，電子琴作為電子時(shí)代的新產(chǎn)物以其獨(dú)特的功能和巨大的兼容性被人們廣泛的接受和推崇。近年來(lái)，我國(guó)音樂(lè)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(lè)教育教學(xué)體系。其中，電子琴就是一種新型的鍵盤(pán)電子樂(lè)器。目 錄 一、設(shè)計(jì)電子琴的作用與目的 ..................................................................................................... 1 二、電子