【正文】 音樂了。首先，我們確定一個(gè)基本時(shí)長的延時(shí)程序，比如說以十六分音符的時(shí)長為基本延時(shí)時(shí)間，那么，對于一個(gè)音符，如果它為十六分音符，則只需調(diào)用一次延時(shí)程序，如果它為八分音符，則只需調(diào)用二次延時(shí)程序，如果它為四分音符，則只需調(diào)用四次延時(shí)程序，依次類 推。我們以一拍的時(shí)長為 400ms 為例，則當(dāng)以四分音符為節(jié)拍時(shí)，四分音符的時(shí)長就為 400ms，八分音符的時(shí)長就為 200ms，十六分音符的時(shí)長就為 100ms。 1 、 2 的時(shí)長為四分音符的一半，即為八分音符長， 4的時(shí)長為八分音符的一半，即為十六分音符長， 5 的時(shí)長為四分音符的一半，即為八分音符長， 6 的時(shí)長為四分音符長。以 43 為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節(jié)拍，每一安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 小結(jié)有三拍。 uint code tab[]={0， 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524, 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283｝ 音符的節(jié)拍我們可以舉例來說明。 fr ＝ 65536－ 500000/fr 低音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/262＝ 63628 中音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/523＝ 64580 高音 DO 的 T＝ 65536－ 500000/1046＝ 65058 單片機(jī) 12MHZ 晶振，高中低音符與計(jì)數(shù) T0 相關(guān)的計(jì)數(shù)值如表 2所示。 fr＝ 65536－ 1000000247。 T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr 式中， N 是計(jì)數(shù)值； fi 是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為 12MHz 時(shí)，其頻率為 1MHz）；fr是想要產(chǎn)生的頻率。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是： N＝ fi247。 為了讓單片機(jī)發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時(shí)器 預(yù) 置不同的定時(shí)值就可實(shí)現(xiàn)。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。如果我們只要知道了這十二個(gè)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。以 1— i 八音區(qū)為例， 12 個(gè)半音是： 1— ＃ ＃ 1— 2— ＃ ＃ 2— 3— 4— ＃ 4，＃ 4— 5 一＃ ＃ 5— 6— ＃ ＃ 6— 7— i。 當(dāng)兩個(gè)聲音信號(hào)的頻率相差一倍時(shí)，也即 f2=2f1 時(shí)，則稱 f2比 f1 高一個(gè)倍頻程 , 在 音 樂中 1（ do）與 .1， 2（來）與.2 ??正好相差一個(gè)倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個(gè)八度音。 在音樂中所謂“音調(diào)”，其實(shí)就是我們常說的“音高”。因此單片機(jī)奏樂只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。 此系統(tǒng)的 功能顯示 模塊 如圖 所示。 顯示模塊如圖 所示 。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng) 。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8＝ 40根 I/O 端口來驅(qū)動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 ① 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 按鍵 顯示模塊 數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1 位、 2位、 4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分 為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 （ 4）鍵碼產(chǎn)生：為了從鍵的行列坐標(biāo)編碼得到反映鍵功能的鍵碼， 一般在內(nèi)存區(qū)中建立一個(gè)鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。行掃描法的基本思想是，由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測到的列輸出狀態(tài)來確定閉合鍵，為此，需要設(shè)置入口、輸出口一個(gè)，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。 （ 3）被按鍵識(shí)別：如何識(shí)別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可通過軟硬結(jié)合的方法完成。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的按鍵按下時(shí)，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng) 的鍵碼。 （ 2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個(gè)鍵同時(shí)按下或者前一按鍵沒有釋放又有新的按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的問題。所謂抖動(dòng)是指在識(shí)別被按鍵是必須避開抖動(dòng)狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開狀態(tài)才能保證識(shí)別正確無誤。 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 12 鍵盤接口必須具有的 4 個(gè)基本功能 （ 1）去抖動(dòng) :每個(gè)按鍵在按下或松開時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的抖動(dòng)。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。 行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別 方法，如上圖所示鍵盤，介紹過程如下。 矩陣式鍵盤如圖 所示 。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi) 容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 ? 口管腳 備選功能 ? RXD（串行輸入口） ? TXD（串行輸出口） ? /INT0（外部中斷 0） 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 10 ? /INT1（外部中斷 1） ? T0（記時(shí)器 0 外部輸入） ? T1（記時(shí)器 1 外部輸入） ? /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） ? /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ? P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一 些控制信號(hào)。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。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)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 9 在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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 4TTL 門電流。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘 電路 AT89C51 管腳說明 可編程串行通道 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 128 8位內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 圖 AT89C51引腳分布圖 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 8 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 與 MCS51 兼容 外形及 引腳排列如 圖 所示。 AT89C51 它 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2個(gè)全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 硬件 整體 電路 圖如圖 。 （ 4）發(fā)音模塊：采用揚(yáng)聲器發(fā)音 。 （ 2） 顯示模塊 ： 系統(tǒng)采用 LED 顯示管顯示。此時(shí)系統(tǒng)又處于彈奏狀態(tài)。再按彈奏 /停止鍵，音樂停止。 按下矩陣鍵盤中的任意鍵，揚(yáng)聲器發(fā)相應(yīng)的音調(diào)，數(shù)碼管顯示對應(yīng)的數(shù)字。 晶 振 電 路A T 8 9 C 5 1供 電 及 復(fù) 位 電 路彈 奏 / 播 放 指 示4 * 4 矩 陣 鍵 盤L E D 顯 示揚(yáng) 聲 器 圖 系統(tǒng)組成框圖 本系統(tǒng)的電路基本模塊： 51 單片機(jī)中心、 矩陣鍵盤 模塊、 顯示 模塊、 發(fā)音 模塊、功能選擇模塊。嵌入式電路，按鍵電路 ， LED 顯示電路和兩個(gè)功能鍵組成，通過功能鍵可以選擇播放音樂。 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 5 2 系 統(tǒng) 分析 系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)通過電子琴按鍵隨意鍵入所要表達(dá)的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識(shí)別，解碼輸出音符，在揚(yáng)聲器中發(fā)出有效的聲音。 詳細(xì)過程：當(dāng)系統(tǒng)掃描到鍵盤上有鍵子被按下，則快速檢測出是那一個(gè)鍵子，然后單片機(jī)的定時(shí)器被啟動(dòng)，發(fā)出一定頻率的脈沖，該頻率的脈沖經(jīng)喇叭驅(qū)動(dòng)電路放大濾波后，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能有： 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 4 由 4X4組成 16個(gè)按鈕矩陣，設(shè)計(jì)成 16個(gè)音。 樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，我們將每一音符的時(shí)間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個(gè)表，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實(shí)現(xiàn)演奏效果。當(dāng)歌曲演奏完時(shí)，通過按復(fù)位鍵便可回到初始狀態(tài)，這樣就做出了一臺(tái)微型電子琴。 音樂 播放 部分： 樂音實(shí)際上 是有固定周期的信號(hào)。 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)微型電子琴的方法，僅需 AT89C51 最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤，再接一組發(fā)光二極管用來指示電子琴的工作狀態(tài)。對于提高和改進(jìn) 電子琴 功能的設(shè)計(jì)有著重要參考意義。 利用 Proteus 與 Keil 整合 構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，為解決 電路設(shè)計(jì)以及仿真提供了很好的發(fā)展平臺(tái)。它實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖與電路設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 3 與功能驗(yàn)證到形成 PCB 的完整的電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過程。 Proteus是英國 Labcenter Electronics公司開發(fā)的多功能 EDA軟件。 Keil 是德國開發(fā)的一個(gè) 51 單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，最開始只是一個(gè)支持 C 語言和匯編語言的編譯軟件。 之所以以單片機(jī)電子琴為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細(xì)微處著手，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，更明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不足，對目前日益廣泛應(yīng)用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識(shí)，使理論和實(shí)踐相得益彰。二十世紀(jì)八十年代以來，單片機(jī)的發(fā)展迅速，應(yīng)用不斷深入，新技術(shù)層出不窮。故簡易電子樂器的研制具有一定的社會(huì)意義。當(dāng)代，愛好音樂的年輕人越來越多，有不少人自己練習(xí)彈奏樂器，作為業(yè)余愛好和一種放松的手段，鑒于一些樂器學(xué)習(xí)難度大 ， 需要太多的學(xué)習(xí)時(shí)間，且其價(jià)格又太過于高昂，使得一部分有這種想法