【正文】 求不再僅僅是物質(zhì)上的滿足，更多的是要求精神上的放松。學(xué)習(xí)和欣賞音樂可以在人們疲勞的時候得到放松，同時提高人們的精神品質(zhì)和素養(yǎng)。而一些簡易的電子樂器價格相對便宜，學(xué)習(xí)簡單，價格相對便宜，能夠了滿足一般愛好者的需求。 單片機(jī)是在一塊芯片內(nèi)集成了計(jì)算機(jī)的各個功能部件，構(gòu)成一種單片式的微型計(jì)算機(jī)。并已廣泛應(yīng)用到人類生活的各個領(lǐng)域，如家電、通訊設(shè)備、玩具、智能卡、汽車及防盜、醫(yī)用保健、儀表、工業(yè)過程控制等，成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化不可缺的重要工具。當(dāng)前市場上的玩具市場需求量大，其中電子產(chǎn)品占有重要的位置，然而電子琴也是一個很好的應(yīng)用方面。 本文首先介紹了單片機(jī)的定義，分別介紹了單片機(jī)的特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域還有單片機(jī)的歷史，然后介紹了電子 琴的系統(tǒng)，分別介紹了電子琴的硬件系統(tǒng)的構(gòu)成還有電子琴的軟件部分還有電子琴的仿真，最后介紹了電子琴在調(diào)試中所用的軟件。 本 設(shè)計(jì) 擬定解決的主要問題 : 1. 了解單片機(jī)單元的結(jié)構(gòu)和主要要求； 2. 根據(jù)要求進(jìn)行總體方案的論證和設(shè)計(jì)； 3. 對音調(diào)的控制； 4. 對音長的控制； 5. 對演奏的控制； 6. 樂譜的編碼規(guī)則； 7. 鍵盤輸入部分和電源供給部分的設(shè)計(jì)； 8. 總體電路的設(shè)計(jì)和軟件編程實(shí)現(xiàn)功能。 要求達(dá)到電子琴的基本功能，可以用彈奏出簡單的樂曲。 各音符按一定的順序排列，必須符合電子琴的 按鍵排列順序。 彈奏電子琴時能播放出準(zhǔn)確的聲音，不彈奏時可以播放內(nèi)置音樂。 單片機(jī)的應(yīng)用 雖然單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，單發(fā)展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高 水平發(fā)展。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？?，所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡便、安全可靠、價格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究，精心設(shè)計(jì)，單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能話和智能化，有助于提高勞動效率。 4 系統(tǒng)框圖 單片機(jī)因體積小、功能強(qiáng)、價格低而得到诪泛應(yīng)用。 具體如下圖 2－ 1： 圖 2－ 1 電子琴的框圖 用 P0 口的高四位和 P0 口的低四位作 4*4 矩陣式按鍵的接口，用 P2 口作數(shù)碼管的接口，用 作信號輸出口。單芯片上，擁有 8 位 CPU及在系統(tǒng)可編程 FLASH，使 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效之解決方案。 8k字節(jié) FLASH， 256 字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器，一 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52單片機(jī)有 4個 8位并行 I/O口： P0口、 P1口、 P2口和 P3口，各引腳如圖 23所示。為使外圍元件最少 ,電壓增益內(nèi)置為 20。輸入端以地位參考 ,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半 ,在 6V電源電壓下 ,它的靜 態(tài)功耗僅為24mW,使得 LM386特別適用于電池供電的場合。 LM386的封裝形式有塑封 8引線雙列直插式和貼片式。 工作電壓范圍寬 ,412V or 518V。 電壓增益可調(diào) ,20200。 其 典型應(yīng)用電 路如下： 7 圖 25放大器增益 =20（最少器件） 圖 26放大器增益 =50 圖 27 低頻提升放大器 8 3 硬件設(shè)計(jì)及說明 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由鍵盤矩陣、 LED顯示管、揚(yáng)聲器這幾個部分組成， LED顯示管顯示當(dāng)前按鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出對應(yīng)音符。 AT89S52 單片機(jī)設(shè)計(jì)微型電子琴的方法，僅需 AT89S52 最小系統(tǒng)，擴(kuò)展一組矩陣鍵盤，再接一組發(fā)光二極管用來指示單片機(jī)的工作狀態(tài)。單片機(jī)電源： 9 AT89S51 單片機(jī)的工作電壓范圍： — ， 所以通常給單片機(jī)外接 5V直流電源。 時鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。 時鐘電路連接方式為： 復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。手動按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動，確定單片機(jī)的初始狀態(tài)。 硬件總體設(shè)計(jì)圖如圖 3－ 1： 圖 3－ 1利用 PROTEUS仿真設(shè)計(jì)的硬件電路圖 系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)掃描鍵盤矩陣、顯示按鍵、揚(yáng)聲器發(fā)出對應(yīng)音符。 總體電路具體原理如下： 11 否 是 圖 3－ 2 系統(tǒng)工作原理圖 開始 模塊初始化 發(fā)送掃描碼 有鍵按下 掃描鍵盤矩陣 顯示按鍵 啟動定時器 停止播放 延時 結(jié)束 12 矩陣鍵盤模塊 a0a1a2a3a4a5a6a7a7a6a3a2a1a0a5a4R2P U L L U PR3P U L L U PR4P U L L U PR5P U L L U PR6P U L L U PR7P U L L U PR8P U L L U PR9P U L L U P 圖 33 矩陣鍵盤模塊圖 如圖 33：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。這樣，一個端口（如 P0 口）就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出一倍， 而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一個鍵。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。行掃描法又稱逐行掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法。再判斷閉合鍵所在的位置，依次將行線置為低電平時，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)，若某列為低電平，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵為閉合。 鍵盤接口必須具有的 4 個基本功能 : （ 1）去抖動：每個按鍵 在按下或松開時，都會產(chǎn)生短時間的抖動。所謂抖動是指在識別被按鍵是必順避開抖動狀態(tài)，只有處在穩(wěn)定接通或穩(wěn)定斷開的狀態(tài)才能保證識別正確無誤。 （ 2）防串鍵：防串鍵是為了解決多個鍵同時按下或者前一按鍵沒有釋放又有新的按鍵按下時產(chǎn)生的問題。雙鍵鎖定，是當(dāng)有兩個或兩個以上的按鍵按下時，只把最后釋放的鍵當(dāng)作有效鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼。 (3)被按鍵識別：如何識別被按鍵是接口解決的主要問題，一般可能過軟硬結(jié)合的方法完成。行掃描法的基本回想是由程序?qū)︽I盤逐行掃描，通過檢測到的列輸出狀態(tài)來確定閉全鍵，為此需要設(shè)置入口、輸出口一個，該方法在微機(jī)系統(tǒng)中被廣泛使用。 （ 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)在區(qū)中建立一個鍵盤編碼表，通過查表獲得被按鍵的鍵碼。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮，這樣來顯示字符。 矩陣掃描顯示當(dāng)前按鍵模塊如下： 圖 34 數(shù)碼管模塊圖 揚(yáng)聲器模塊 音樂播放和彈奏是在 引腳上輸出方波周期信號，產(chǎn)生音樂。主要為了實(shí)現(xiàn)由紅外控制電源的開關(guān)。紅外接收器 上電默認(rèn)輸出低電平且狀態(tài)燈不亮并保持，直到按一下遙控器按鍵后，模塊會輸出變?yōu)楦唠娖角覡顟B(tài)指示燈會點(diǎn)亮并保持至下一次再按遙控器按鍵為止，輸出電平依據(jù)遙控按鍵次數(shù)高低電平循環(huán)變化并保持狀態(tài)。吸合時單片機(jī)與電源接通，正常工作，釋放時，單片機(jī)與電源斷開，停止工 作。 紅外接收器 繼電器 單片機(jī)工作 單片機(jī)不工作 16 4 軟件設(shè)計(jì) 整體程序處理流程圖 N 有無按鍵按下 Y 有無按鍵 按下 N Y 圖 4－ 1 程序流程圖 初始化 鍵盤掃描 延時消抖 根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識別按鍵 功能選 擇鍵鍵值 選擇查表法 矩陣鍵盤鍵值 根據(jù)鍵值查表 查表所得數(shù)據(jù)送入 P2, 17 電子琴播放音樂原理： 樂音實(shí)際上是有固定周期的信號。由于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(dāng)然對于單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的單片機(jī)的定時 /計(jì)數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，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。 在電子琴開始工作時，系統(tǒng)默認(rèn)電子琴處于彈奏狀態(tài)，歌曲選擇功能鍵的目的是賦予矩陣鍵盤第二功能，即對系統(tǒng)內(nèi)置的歌曲進(jìn)行選擇，在放歌時能通過彈奏 /停止鍵來結(jié)束放歌，選歌時必順先按下歌曲選擇功能鍵，在通過矩陣鍵盤來選擇和切換曲目。 節(jié)拍實(shí)際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機(jī)系統(tǒng)中可以用延時來實(shí)現(xiàn)，如果 1/4拍的延時是 秒，則 1拍的延時是 ，只要知道 1/4拍的延 時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機(jī)的另外一個定時 /計(jì)數(shù)器來完成。我們可以利用單片機(jī)的定時 /計(jì)數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號。利用定時器計(jì)時半周期時間，每當(dāng)計(jì)時終止后就將 反相，然后重復(fù)計(jì)時再反相。 利用 AT89S52 的內(nèi)部定時器使其工作計(jì)數(shù)模式（ MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例 如，頻率為 523HZ，其周期 T＝１ /523＝ 1912UＳ，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時 956US/1US=956，每計(jì)數(shù) 956次時將 I/Ｏ反相，就可得到中音 DO（ 523HZ）。 其計(jì)數(shù)初值 T 的求法： T=65536N=65536FI/2/FR 例如：設(shè) K=65536， fi=1MHz,求低音 DO（ 261HZ）、中音 DO（ 523HZ）、高音 DO（ 1046HZ）的計(jì)數(shù)值 。在這個程序中用到了兩個定時 /計(jì)數(shù)器來完成的。 20 5 系統(tǒng)調(diào)試 程序調(diào)試 打開 KEIL，創(chuàng)建工程 My project ,輸入程序。