【正文】 需要弄清楚音樂(lè)中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。如果單片機(jī)要自己播放音樂(lè)，那么必須在程序設(shè)計(jì)中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 19 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂(lè)的關(guān)鍵組成部分。 音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)明確 ,在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是完全可行的。 技術(shù)可行性： 技術(shù)可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開(kāi)展并完成開(kāi)發(fā)工作，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下： 經(jīng)濟(jì)可行性： 所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于 畢業(yè)設(shè)計(jì)是沒(méi)有項(xiàng)目資金，沒(méi)有開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化的項(xiàng)目對(duì)于我們畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可行的。 （ 3）制作符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的硬件電路。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）按設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行電路設(shè)計(jì) 。其電路以及各參數(shù)如下圖 17 LM386 電路圖及各參數(shù) LM386 應(yīng)用圖 設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程 18 設(shè)計(jì)指標(biāo) （ 1）設(shè)計(jì)一個(gè)具有 16 個(gè)鍵的鍵盤(pán)，并將 16 個(gè)鍵設(shè)計(jì)成 16 個(gè)音 。它的典型輸入阻抗為50K。LM386 電源電壓 412V，音頻功率 。 其 典型應(yīng)用電路 如下： 15 放大器增益 =20（最少器件） 放大器增益 =50 16 圖 35 低頻提升放大器 音頻功放電路 在一定頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)能夠產(chǎn)生樂(lè)音，但是用單片機(jī)產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器并不能產(chǎn)生所要實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)，因?yàn)樗鼪](méi)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，這就需要音頻功率放大電路。 電壓增益可調(diào) ,20200。 工作電壓范圍寬 ,412V or 518V。 LM386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。輸出端（引腳 5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 引腳 2 為反相輸入 端，引腳 3 為同相輸入端。 第三級(jí)中的 T8 和 T9 管復(fù)合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個(gè)三級(jí)放大電路 . 第一級(jí)為差分放大電路， T1 和 T T2 和 T4 分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管； T5 和 T6 組成鏡像電流源作為 T1 和 T2 的有源負(fù)載； T3 和 T4信號(hào)從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。 LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中 。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容 ,便可將電壓增益調(diào)為任意值 ,直至 200。 LM386 LM386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器 ,主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。在閑置模式下， CPU 停止工作，但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。改變編程的存儲(chǔ)單元地址和編程數(shù)據(jù)重復(fù)步驟（ 1）～（ 5），直到編程文件最后。 （ 1）地址線上輸入欲編程的存儲(chǔ)單元地址；（ 2）在數(shù)據(jù)線上輸入編程數(shù)據(jù)；（ 3）加正確的控制信號(hào)組合；（ 4）在 高壓 模式下使 VPP 為 12V；（ 5）在 ALE 引腳上加一次負(fù)脈沖，可對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)或保密位進(jìn)行編程。 EPROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。如果微處理 器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電 12 平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL） 這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。在給出地址 1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這 是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。 工作原理 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 ●與MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；●片內(nèi)集成 4KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，可反復(fù)編程/擦除 1000 次；●數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年；●全靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率范圍為 0～24MHz、 33MHz；●三個(gè)程序存儲(chǔ)器保密位；● 128 8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM；● 32 條可編程的 I/O 口線；● 2 個(gè)可工作于 4 種模式的 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器；● 5 個(gè)中斷源 /2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；●可編程串行通道；●具有 4 種工作模式的全雙工串行口；●低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式；●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；●具有 4 種工作模式的全雙工串行口；●低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式；●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 主要功能特性 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 STC89C5X 系列可認(rèn)為是 Intel 80C3X 的內(nèi)核與 STC FLASH 技術(shù)的結(jié)合體。在 STC89C52 內(nèi)部有 FLASH 程序存儲(chǔ)器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同。 本例使用國(guó)家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器 LM386 來(lái)實(shí)現(xiàn)音頻功放電路 。由于本例實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)發(fā)生器是由用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入彈奏樂(lè)曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 該設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)一種由單片機(jī)控制的電子琴，單片機(jī)工作于 12MHZ 時(shí)鐘頻率，使用其定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計(jì)數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻 9 率的脈沖信號(hào)。比傳統(tǒng)音階范圍大，彈奏效果好。 傳統(tǒng)電子琴可以用鍵盤(pán) 上的“ 1”到“ A”鍵演奏從低 SO 到高 DO 等11 音。線反轉(zhuǎn)法的基本思想是通過(guò)行列顛倒兩次掃描來(lái)識(shí)別閉合鍵，為此需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入 /輸出端口 。常用的方法有行掃描法和線反轉(zhuǎn)法兩種。 N 鍵輪回，是當(dāng)檢測(cè)到有多個(gè)鍵被按下時(shí)，能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的順序依次產(chǎn)生相應(yīng)鍵的鍵碼 。常用的方法有雙鍵鎖定和 N 鍵輪回兩種方法。去抖問(wèn) 題可通過(guò)軟件延時(shí)或硬件電路解決。抖動(dòng) 的持續(xù)時(shí)間與鍵的質(zhì)量相關(guān)，一般為 5— 20mm。 鍵盤(pán)接口必須具有去抖動(dòng)、防串鍵、按鍵識(shí)別和鍵碼產(chǎn)生 4 個(gè)基本功能。有關(guān)按鍵的識(shí)別、鍵碼的確定與輸入、去抖動(dòng)等功能均由軟件完成。但由于硬件電路較復(fù)雜，因而價(jià)格較貴。不僅能自動(dòng)檢測(cè)被按下的鍵，并完成去抖動(dòng)、防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼（如 ASCII 碼）送往 CPU。目前微機(jī)系統(tǒng)中使用的 8 鍵盤(pán)按其功能不同，通?？煞譃榫幋a鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)兩種基本類型。 方案三 ：采用 AT89S51 單片機(jī)進(jìn)行控制，由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間達(dá)到 8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級(jí)，使用方便，抗干擾性能提高。 但該設(shè)計(jì)方案制作成本高且復(fù)雜。將 220V 交流電經(jīng)變壓器降壓， 再經(jīng)過(guò) 整流 、濾波，獲得 + 直流電壓。 一首音樂(lè)是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對(duì)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(lè)了，當(dāng)然對(duì)于單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生不同的頻率非常方 7 便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 來(lái)產(chǎn)生這樣方波頻率信號(hào)，因此，我們只要把一首歌曲的音階對(duì)應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。與傳統(tǒng)的模擬信號(hào)不同，本設(shè)計(jì)主要介紹的是數(shù)字信號(hào)連接功率放大電路，驅(qū)動(dòng)喇叭，產(chǎn)生樂(lè)音。并且本文分別從原理圖，主要芯片，各模塊原理及各模塊的程序的調(diào)試來(lái)詳細(xì)闡述。 本文主要對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)電子琴統(tǒng)硬件組成。本文的主要內(nèi)容是用 STC89C52 單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景 電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂(lè)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤(pán)樂(lè)器。本電路中的硬件比較簡(jiǎn)單，其功能的實(shí)現(xiàn)主要由軟件完成。利用定時(shí)器可發(fā)出不同頻率的脈沖，不同頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出不同音調(diào)。因而使不同的樂(lè)器具有不同的音品。我們聽(tīng)到的樂(lè)器的聲音是它發(fā)出的基音和諧音混合而成的。其次，定時(shí)器按設(shè)置的定 時(shí)參數(shù)產(chǎn)生中斷，這一次中斷發(fā)出脈沖低電平，下一次反轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖高電平，由 于定時(shí)參數(shù)不同，就發(fā)出 6 不同頻率的脈沖，本設(shè)計(jì)中按鍵一次，會(huì)發(fā)出 50 個(gè)脈 沖，松開(kāi)后隨之延時(shí) 10 個(gè)脈沖，但在延時(shí)的 10 個(gè)脈沖期間繼續(xù)檢測(cè)鍵盤(pán)，若此時(shí)又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤(pán)會(huì)譯出被按下的另一個(gè)鍵的音調(diào)。 本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)電子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)， 達(dá)到電子琴固有的基本功能， 故叫簡(jiǎn)易電子琴。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸 入信號(hào)頻率 f1 不等于 Vco 輸出信號(hào)頻率 f2，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個(gè)運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。施加于相位比較器另一 個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào) Ui 與來(lái)自壓控振蕩器的輸出信號(hào) Uo 相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸 出電壓 UΨ 正比于 Ui 和 Uo 兩個(gè)信號(hào)的相位差， 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓 Ud。電源的任務(wù)是給各部分供電。按下鍵盤(pán)的一支鍵，就等于接通一只開(kāi)關(guān)，只允許某一種頻率的信號(hào)通過(guò)到放大器里去，揚(yáng)聲器就發(fā)出一個(gè)音來(lái)。振蕩器是根據(jù)需要產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號(hào)，振蕩信號(hào)通過(guò)分頻器分解成不同頻率的信號(hào)輸送到放大器，放大器將信號(hào)放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是按鍵觸發(fā)信號(hào)發(fā)給處理器，再由處理器調(diào)用音色庫(kù)音色通過(guò)功放電路輸出或者通過(guò)數(shù)碼接口進(jìn)行數(shù)字輸出。在簡(jiǎn)易電子琴里，雖然沒(méi)有振動(dòng)的弦、簧、管等物體，卻有許多特殊的電 裝置，每個(gè)電裝置一工作，就會(huì)使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音。由于電子管 風(fēng)琴的體積較小，安裝方使，音響效