【正文】 T10 構(gòu)成準互補輸出級。二極管 D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳 2 為反相輸入 端，引腳 3 為同相輸入端。電路由單電源供電，故為 OTL電路。輸出端（引腳 5）應(yīng)外接輸出電容后再接負載。 電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和 R6 構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 LM386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 圖 32 LM386 的封裝形式 特性 (Features) 靜態(tài)功耗低 ,約為 4mA,可用于電池供電。 工作電壓范圍寬 ,412V or 518V。 外圍元件少。 電壓增益可調(diào) ,20200。 低失真度。 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)的振動能夠產(chǎn)生樂音，但是用單片機產(chǎn)生的音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器并不能產(chǎn)生所要實現(xiàn)的音樂，因為它沒有足夠的驅(qū)動能力，這就需要音頻功率放大電路。 lm386 功放最大的特點是低功耗，高增益，增益最高可達 200。LM386 電源電壓 412V，音頻功率 。 LM386 音響功放是由 NSC 制造的，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到 15V，消耗靜態(tài)電流為 4mA，當電源電壓為12V 時，在 8 歐姆的負載情況下，可提供幾百 mW 的功率。它的典型輸入阻抗為50K。 本例使用國家半導(dǎo)體公司的低壓音頻功率放大器 LM386 來實現(xiàn)音頻功放電路。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) 計實現(xiàn)過程 18 設(shè)計指標 （ 1）設(shè)計一個具有 16 個鍵的鍵盤，并將 16 個鍵設(shè)計成 16 個音 。 （ 2）可彈奏想要表達的音樂 。 設(shè)計要求 （ 1）按設(shè)計指標進行電路設(shè)計 。 （ 2）列出音階與單片機定時器輸出頻率關(guān)系表格 。 （ 3）制作符合設(shè)計指標的硬件電路。 設(shè)計目標 由于本設(shè)計主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計上盡量使其安全以及簡單易操作。其次，在這次設(shè)計可行性上進行分析如下： 經(jīng)濟可行性： 所謂經(jīng)濟可行性，即在這次設(shè)計上需要投入資金的多少，由于 畢業(yè)設(shè)計是沒有項目資金，沒有開發(fā)經(jīng)費，因此在經(jīng)濟上必須能夠承受，比較理想化的項目對于我們畢業(yè)設(shè)計來說是不可行的。通過分析后，無論是在器件價格或是常見度上均是可行的。 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展并完成開發(fā)工作，硬件、軟件能否滿足設(shè)計者的需要等。通過分析各種軟件環(huán)境，硬件仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計目標已經(jīng)明確 ,在經(jīng)濟與技術(shù)上均可行，因此本系統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 音樂相關(guān)知識 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音 物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B 表示的，這 7 個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 音持續(xù)時間的長短即時值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個音符對應(yīng)著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。 19 如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關(guān)鍵組成部分。 節(jié)拍 實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時是 秒，則 1 拍的延時是 秒，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)。如果單片機要自己播放音樂，那么必須在程序設(shè)計中考慮到節(jié)拍的設(shè)置，由于本例實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶通過鍵盤輸入彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 對于不同的曲調(diào)我們也可以用單片機的另外一個定時 /計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（ C調(diào)） 具體如下表： 曲調(diào)值 DELAY 曲調(diào)值 DELAY 調(diào) 4/4 125ms 調(diào) 4/4 62ms 調(diào) 3/4 187ms 調(diào) 3/4 94ms 調(diào) 2/4 250ms 調(diào) 2/4 125ms 音樂節(jié)拍表 如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時 /計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂中的音符和對應(yīng)的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關(guān)系。 在本實驗中，單片機工作于 12MHZ 時鐘頻率，使用其定時 /計數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下， C 調(diào)的各音符頻率與計數(shù)值 T 的對照如下表： 音符 頻率（ HZ） 計數(shù)值（ T 值） 音符 頻率（ HZ） 計數(shù)值（ T 值） 低 1DO 262 63628 4FA 740 64860 1DO 277 63737 中 5SO 784 64898 低 2RE 294 63835 5SO 831 94934 2RE 311 63928 中 6LA 880 64968 低 3MI 330 64021 6LA 932 64994 低 4FA 349 64103 中 7SI 968 65030 4FA 370 64185 低 1DO 1046 65058 低 SO 392 64260 1DO 1109 65085 5SO 415 64331 高 2RE 1175 65110 低 6LA 440 64400 2RE 1245 65134 6LA 466 64463 高 3MI 1318 65157 低 7SI 494 64524 高 4FA 1397 65178 中 1DO 523 64580 4FA 1490 65198 1DO 554 64633 高 5SO 1568 65217 中 2RE 587 64633 5SO 1661 65235 2RE 622 64884 高 6LA 1760 65252 中 3MI 659 64732 6LA 1865 65268 中 4FA 698 64820 高 7SI 1967 65283 20 音符頻率與計數(shù)值 T 的對照表 T 的值決定了 TH0 和 TL0 的值，其關(guān)系為： TH0=T/256， TL0=T%256 設(shè)計說明 電子琴是高科技在音樂領(lǐng)域的一個代表，它是古典文化與現(xiàn)代文明的一個濃縮體。它不但可以幫助我們的音樂教師進行傳統(tǒng)音樂文化的教育教學(xué)工作，而且由于它又具備現(xiàn)代音樂，特別是電子音樂、電腦音樂的基本結(jié)構(gòu)、特征，因而使我們的教師在進行現(xiàn)代音樂、電子音樂、電腦音樂的教學(xué)時，更直接、更簡便。 單片微型計算機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，屬第四代電子計算機，它具有高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛的特點。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。因此，單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高科技和 工程領(lǐng)域的一項重大課題。 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。它在現(xiàn)代音樂扮演著重要的角色，單片機具有強大的控制功能和靈活的編程實現(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。本文的主要內(nèi)容是用AT89C51 單片機為核心控制元件，設(shè)計一個電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有 16 個彈奏按鍵、1 個播放鍵和揚聲器。 設(shè)計簡單原理介紹 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，當然對于單片機來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時 /計數(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。 若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），再將此周期除以 2，即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將 反相，然后重復(fù)計時再反相。就可在 引腳上得到此頻率的脈沖。 利用 AT89C51 的內(nèi)部定時器使其工作計數(shù)器模式（ MODE1）下，改變計數(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＝ 1912μ s，因此只要令計數(shù)器計時 956μ s/1μ s＝ 956，每計數(shù) 956次時將 I/O 反相，就可得到中音 DO（ 523Hz）。 計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式 (如式 31 所示 )是： N＝ fi247。 2247。 fr ?????????????? 21 式中， N 是計數(shù)值； fi 是機器頻率（晶體振蕩器為 12MHz 時，其頻率為 1MHz）；fr 是想要產(chǎn)生的頻率。 其計數(shù)初值 T 的求法如下： T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr 例如：設(shè) K＝ 65536， fi＝ 1MHz， DO（ 523Hz）的計數(shù)值。 T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr ＝ 65536－ 1000000247。 2247。 fr＝ 65536－500000/f DO 的 T＝ 65536－ 500000/523＝ 64580 單片機 12MHZ 晶振，高中低音符與計數(shù) T0 相關(guān)的計數(shù)值如表 42 所示 表 32 音符頻率表 低音音符 頻率 HZ 中音音符 頻率 HZ 高音音符 頻率 HZ 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 我們要為這個音符建立一個表格，單片機通過查表的方式來 獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù) 低音 0－ 19 之間，中音在 20－ 39 之間，高音在 40－ 59 之間 TABLE: DW 0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524,0,0 DW 0,63731,63928,0,64185,64331,64463,0,0,0 DW 0,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,0,0 DW 0,64633,64732,0,64860,64934,64994,0,0,0 DW 0,65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283,0,0 DW 0,65085,65134,0,65198,65235,65268,0,0,0 DW 0 在這個程序中 ，彈奏音樂的程序是 用定時 /計數(shù)器 T0 來完成的 ,播放音樂程序則是用 定時 /計數(shù)器 T1 來完成的 。 總體方案及設(shè)計流程 （ 1）鍵盤掃描程序 檢測是否有鍵按下，有鍵按下則記錄按下鍵的鍵值，并跳轉(zhuǎn)至功能轉(zhuǎn)移程序；無鍵按下，則返回鍵盤掃描程序 繼續(xù)檢測 （ 2）功能轉(zhuǎn)移程序 22 對檢測到得按鍵值進行判斷，是琴鍵則跳轉(zhuǎn)至琴鍵處理程序，是功能鍵則 跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的功能程序，我們設(shè)計的功能程序 ，即音色調(diào)節(jié)功能 （ 3）琴鍵處理程序 根據(jù)檢測到得按鍵值，查詢音律表，給計時器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音 （ 4） 程序簡易流程圖 否 是 否 是 開始 T0 初始化并開中斷允許 T0 中斷 T1 初始化并開中斷允許 T1 中斷 鍵盤掃描程序 有鍵按下否 識別按鍵功 能 播放鍵 根據(jù)按鍵功能裝入相應(yīng)音符值到 T0 取相應(yīng)的音符碼裝入 T1 啟動 T0 啟動 T1 按鍵釋放成功否 按鍵釋放成功否 停止 T0 工作 停止 T1 工作 延時去抖動 是否彈奏鍵 23 （ 6）彈奏程序流程圖 彈奏子程序 開中斷并允許中斷設(shè)定定時器工作方式 取鍵值 根據(jù)鍵值查音律表 給定時器 T0 賦值 進入中斷 CPL 退出中斷 延時 返回鍵盤掃描程序 開始計時 24 原理圖 VS6GND4GAIN8325BYP7GAIN1LM386LEDSpeakerS1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S171KR1312XTAL30pFC130pFC2473C5+5VGND+5VGND10UFC10GND GND+5VGND10UFGND10KR17+5VRSETGNDAT89S5212345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40AT89S52473GND+5V 電子琴電路圖 25 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個系統(tǒng)功能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們將整個調(diào)試過程分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。 軟件仿真調(diào)試 軟件仿真調(diào)試主要是針對單片機部分進行調(diào)試。 在軟件運行前，先確保電路中連線正確，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要通過目測，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。 在確保軟 件仿真電路正常，無異常情況 (斷路或短路 )方可進行軟件運行，在本次設(shè)計中，軟件運行主要是測試單片機鍵盤控制部分、數(shù)碼管點亮部分、和音頻功放電路調(diào)試。 數(shù)碼管 LED 電路調(diào)試：軟件運行，隨機按下按鈕可以看到數(shù)碼管顯示數(shù)字； 單片機鍵盤控制部分調(diào)試：軟件運行，隨機按動鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個按鍵對應(yīng)的音正確。 軟件調(diào)試 調(diào)試主要方法和技巧： 通常一個調(diào)試程序應(yīng)該具備至少四種性能：跟蹤、斷點、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程