【正文】 果較好且投資相對(duì)要低，因此在國內(nèi)外一些教堂和演奏 廳常用此類琴來代替制作工藝復(fù)雜、外型龐大、投資巨大的傳統(tǒng)管風(fēng)琴 5 電子琴工作原理 大家都知道當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，能夠發(fā)出聲音。演奏控制部分和演奏方式與傳統(tǒng)的管風(fēng)琴相仿。如今，雙排鍵電子琴已是音樂院校電子琴專業(yè) 的學(xué)習(xí)、教學(xué)、音樂會(huì)的專業(yè)用琴，國際上的電子琴比賽也都是采用雙排鍵電子琴。因此 雙排 鍵電子琴演奏比便攜式更復(fù)雜、更困難些，往往是手腳并用十分繁忙，但這種根據(jù)樂曲需要 的四肢及體態(tài)繁忙給人以視覺上的享受。轉(zhuǎn)換音色、變化速度。雙排鍵電子琴的樂譜用三行大譜表記 譜，第一行譜多為旋律，用右手演奏．第二行多為伴奏，用左手演奏（也有 交錯(cuò)使用的情況）， 第三行為低音，用腳鍵盤演奏。 檔次最高的一類琴。這類琴有學(xué)習(xí)、娛樂、伴奏、獨(dú)奏等多種用途：其缺點(diǎn)是不便攜帶． （四）、雙排鍵電子琴 雙排鍵電子琴是吸取管風(fēng)琴的結(jié)構(gòu)原理發(fā)展而來的。 （三）、臺(tái)式單排鍵電子琴 這類琴的外形類似風(fēng)琴和電鋼琴；其操作、功能等與便攜式電子琴相同。 攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，是電子琴中最普及、最常見的一種。另外，受功能、琴鍵數(shù)量等因素制約，演奏樂曲的音域 與難度也受到一定制約、非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴可作為低齡兒童電子琴入門學(xué)習(xí)或作為 一種娛樂的工具。 4 雙排鍵電子琴、電于管風(fēng)琴等． （一）、非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴 非標(biāo)準(zhǔn)型（玩具型）電子琴是電子琴中最普通，價(jià)格較實(shí)惠的一種、琴的體積大小不一， 鍵盤數(shù)量從二十四鍵至四十九鍵不等。 電子琴的種類 目前市場上電子琴的各種品牌、型號(hào)有上百種，由幾十元的玩具電于琴到幾百幾千元 的學(xué)習(xí)、演奏用琴，真是琳瑯滿目， 總體上可分為兩大類；便攜式電子琴和臺(tái)式電子琴。 還常作為獨(dú)奏樂器出現(xiàn)，具有鮮明時(shí)代特色。另外，電子琴還安裝有混響、回聲、延長音、震 音和顫音等多項(xiàng)功能裝置，表達(dá)各種情緒時(shí)運(yùn)用自如。它還可模仿多種音色，甚至可以奏出常規(guī)樂器所無法發(fā)出的聲音（如人聲，風(fēng)雨聲等）。 樂器特色：屬于電子樂器，發(fā)音音量可以自由調(diào)節(jié)。 附錄 2 源程序 附錄 1 主要電路原理圖 附錄 參考文獻(xiàn) 致謝 第六章 調(diào)試結(jié)論 軟件調(diào)試 軟件仿真調(diào)試 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 原理圖 總體方案及設(shè)計(jì)流程 設(shè)計(jì)簡單原理介紹 設(shè)計(jì)說明 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的頻率 如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂的節(jié)拍 音樂相關(guān)的知識(shí) 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì) 指標(biāo) LM386 工作原理 按鍵選擇方案 控制模塊選擇方案 第二章 方案論證 系統(tǒng)開發(fā)的背景 1 電子琴的種類 通過基于單片機(jī)的嵌入式電子琴的設(shè)計(jì)課題熟悉和理解單片機(jī)應(yīng)用和開發(fā)過程，培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐出真知的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的態(tài)度，提高實(shí)踐動(dòng)手操作技能。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、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 16 個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。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(shí)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。作為 21 世紀(jì)的工科大學(xué)生，學(xué)好單片機(jī)，一方面可以加深對(duì)計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，另一方面也為自身在專業(yè)上的深入發(fā)展構(gòu)筑了一個(gè)很好的平臺(tái) ，在實(shí)踐過程中熟悉和熟練單片機(jī)的使用和開發(fā)。雖然它沒有常見的 PC 那樣大的體積和重量，不會(huì)在辦公桌或控制臺(tái)上占據(jù)一個(gè)顯要的位置，但它就像小小的螺絲釘一樣，鑲嵌在人們工作、生活中需要計(jì)算、控制、測量等智能活動(dòng)的各個(gè)角落。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(xiàng)重大課題。 單片微型計(jì)算機(jī)它具有高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的簡易電子琴。 1 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，音樂逐漸成為我們生活中很重要的一部分，有人曾說喜歡音樂的人不會(huì)向惡。我們都會(huì)抽空欣賞世界名曲，作為對(duì)精神的洗禮。我們對(duì)于電子琴如何實(shí)現(xiàn)其功能，如聲音強(qiáng)弱控制、節(jié)拍器、自動(dòng)放音功能等等也很好奇。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。 微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大量使用將人類社會(huì)帶入一個(gè)新的時(shí)代 ，單片微型計(jì)算機(jī) (簡稱單片機(jī) )在其中扮演著十分重要的角色。自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來，單片機(jī)以其體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、使用方便、性能價(jià)格比高、容易產(chǎn)品化等特點(diǎn)，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用，對(duì)人們生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生了深刻的 影響。 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。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。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，其優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞 ： STC89C52 單片機(jī) 音色 節(jié)拍器 2 目 錄 第一章 續(xù) 論 1 電子琴的概念 1 電子琴的工作原理 系統(tǒng)開發(fā)的意義 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及說明 系統(tǒng)組成及總體框圖 元件簡介 STC89C52 簡介 主要功能特性 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程 設(shè)計(jì)要求 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第七章 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 附錄 3 元器件清單 3 第一章 緒論 電子琴概念 簡易電子琴結(jié)構(gòu)組成： 電子樂器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜， 音源是由晶體管產(chǎn)生電振動(dòng)，并通過音色回路而產(chǎn)生各種音色；同時(shí)由周波數(shù)調(diào)制產(chǎn)生顫音效果，由振 幅調(diào)制產(chǎn)生各種樂器的音效。音域較寬，和聲豐富，甚至可以演奏出一個(gè)管弦樂隊(duì)的效果，表現(xiàn)力極其豐富。另外，電子琴在獨(dú)奏時(shí)，還可隨意配上類似打擊樂音響的節(jié)拍伴奏，適合于演奏節(jié)奏性較強(qiáng)的現(xiàn)代音樂。簡易電子琴是電聲樂隊(duì)的中堅(jiān)力量，常用于獨(dú)奏主旋律并伴以豐富的和聲。但電子琴的局限性也十分明顯：旋律與和聲缺乏音量變化，過于協(xié)和、單一；在模仿各類管、弦樂器時(shí)，音色還不夠逼真，模仿提琴類樂器的音色時(shí)，失真度更大，還需要不斷改進(jìn)。 便攜式電子琴包 括非標(biāo)準(zhǔn)型電于琴和標(biāo)準(zhǔn)型電子琴．而臺(tái)式電子琴包括單排鍵臺(tái)式電子琴。這類琴琴鍵較狹小，從音質(zhì)、功能及性能等方面與標(biāo) 準(zhǔn)便攜式電子琴相比較有一定差距。 （二）、標(biāo)準(zhǔn) 型單排鍵便攜式電子琴 標(biāo)準(zhǔn)型單排鍵便攜式電子琴具有琴鍵規(guī)范，音質(zhì)優(yōu)美、動(dòng)能完備、性能憂異、體小量輕。鍵盤數(shù)量通常為六十一健，也有四十 九鍵和七十三鍵甚至更多者，這類琴有高、中、低幾種不同檔次，不同檔次的電了琴其音質(zhì)， 功能等方面有一定的差異．標(biāo)準(zhǔn)型電子琴有學(xué)習(xí)，娛樂、伴奏、獨(dú)奏等多種用途；是大多數(shù) 電子琴愛好者學(xué)習(xí)用琴較理想的選擇。臺(tái)式電子琴的 影體較大．琴身與柜式琴架合為一體，琴的下半部分帶有音箱，其音量可滿足一般音樂教室 和小型舞廳的使用需要。是電子琴中性能最優(yōu)、功能最全。它不僅有雙層（也有三層）演奏鍵盤，同時(shí)在琴的底部還設(shè)有腳鍵盤． 腳鍵盤主要是用來演奏低音的，有時(shí)也用來演奏旋律。一般由左腳來演奏，有時(shí)也可雙腳并用．琴的底部還有兩個(gè) 控制踏板；由右腳來控制力度。開關(guān)節(jié)奏、制造滑音等。一個(gè)優(yōu)秀的演奏家在一臺(tái)性能卓越的雙排鍵電子琴 上的演奏；其效果能與一個(gè)大型樂隊(duì)相媲美。 （五）、電子管風(fēng)琴 電子管風(fēng)琴是采用管風(fēng)琴音色并運(yùn)用電子發(fā)聲原理制作而成的，它有一層健盤、雙層鍵 盤和多層鍵盤幾種類型。電子管風(fēng)琴全部采 用了管風(fēng)琴音色，沒有普通電子琴中的自動(dòng)伴奏功能，主要用于演奏宗教音樂。振動(dòng)的頻率不同，聲音的音調(diào)就 不 同。當(dāng)按動(dòng)某個(gè)琴鍵時(shí)， 就會(huì)使與它對(duì)應(yīng)的電裝置工作，從而使喇叭發(fā)出某種音調(diào)的聲音?？刂泼姘迳系陌粹o來選擇處理器對(duì)音色、音量、輸出方式、伴奏的控制。鍵盤實(shí)際上 就是一些開關(guān)，如果沒有鍵盤，許多種頻率的信號(hào)一齊進(jìn)到放大器里，通過 揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音就會(huì)亂七八糟，不成音樂。 這樣，按照一定的演奏規(guī)律來按鍵，就能奏出美妙的音樂來。壓控振蕩器的輸出 Uo 接至相位比較器的一個(gè)輸入端，其輸出頻率的 高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓 Ud 大小決定。這個(gè)平均值電壓 Ud 朝著減小 Co 輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至 Vco 輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。當(dāng)鎖相環(huán)入鎖時(shí)，它還具有“捕捉”信號(hào)的能力， Vco 可在某一范圍內(nèi)自動(dòng) 跟蹤輸入信號(hào)的變化，如果輸入信號(hào)頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相 環(huán)能捕捉到輸人信號(hào)頻率， 并強(qiáng)迫 Vco 鎖定在這個(gè)頻率上。過去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)， CD4046 是通用的 CMOS 鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為 3V － 18V） ，輸入阻抗高 (約 100MΩ )，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率 fo 為 10kHz 下功耗 僅為 600μ W，屬微功耗器件。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)。 當(dāng)簡易電子琴發(fā)聲時(shí)，除了發(fā)出某一頻率的聲音──基音以外，還會(huì)發(fā)出響 度較小、頻率加倍的輔助音──諧音。不同的樂器發(fā)出同一基音時(shí)，不僅諧音的數(shù)目不同，而且各諧音的響度也不同。在電子琴里，除了有與基音對(duì)應(yīng)的電裝置外，還有與許多諧音對(duì)應(yīng)的電裝置，適當(dāng)?shù)剡x擇不同的諧音電裝置，就可以模仿出不同樂器的聲音來。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)檢測鍵盤，若此時(shí)又有鍵被按下，若被按下的仍為原鍵則聲音不變，否則鍵盤會(huì)譯出被按下的另一個(gè)鍵的音調(diào)。軟件的設(shè)計(jì)思 路通過框圖形式說明在正文中會(huì)有介紹。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(shí)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。以單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、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 16 個(gè)按鍵和揚(yáng)聲器。利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來獲得我們要求的音階，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂。設(shè)計(jì)了用 AT89s52 單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的電子琴，有16 個(gè)按鍵，可以做一些基本的 彈奏。其中包括了音調(diào)的產(chǎn)生，節(jié)拍的產(chǎn)生，以及如何合理應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)，中斷系統(tǒng)生成相應(yīng)的音調(diào)和節(jié)拍，設(shè)計(jì)出音樂演奏系統(tǒng)。 系統(tǒng)開發(fā)意義 該設(shè)計(jì)具有 以下優(yōu)點(diǎn)： (1)可以隨意彈奏想要表達(dá)的音樂 ； (2)制作簡單，成本低 第二章 方案論證 控制模塊的選擇方案 方案一：用可控硅制作電子琴。 將 單向可控硅 SCR 和 電阻、電容 組成馳張振蕩器電路。 方案二： 采用 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制，由于 AT89C51 不具備 ISP 功能， 因此 Atmel 公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其 ROM 只有 4K 在系統(tǒng)將來升級(jí)方面沒有潛力。 鑒于上述對(duì)比與分析，本設(shè)計(jì)采用方案三 按鍵選擇方案 組成鍵盤的按鍵有機(jī)械式、電容式、導(dǎo)電橡膠式、薄膜式多種，但不管什么形式，其作用都是一個(gè)使電路接通與斷開的開關(guān)。 編碼鍵盤：鍵盤本身帶有實(shí)現(xiàn)接口主要功能所需的硬件 電路。所以，編碼鍵盤接口簡單、使用方便。 非編碼鍵盤：鍵盤只簡單地提供按鍵開關(guān)的行列矩陣。目前微機(jī)系統(tǒng)中，一般為了降低成本大多數(shù)采用非編碼鍵盤。 （ 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)。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。 （ 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。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