基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)資料

本次設(shè)計(jì)直接采用+5v直流電源。

按鍵采用4*6掃描；4根行線(xiàn)接P10-P13,六根列線(xiàn)接P14-P17以及P20，P21口共24個(gè)按鍵，0-20代表音符鍵，0-6代表低音1,2,3,4,5,6,7；7-13代表中音1,2,3,4,5,6,7；14-20代表高音1,2,3,4,5,6,7；21號(hào)按鍵表示播放歌曲鍵，當(dāng)按下21號(hào)鍵，進(jìn)入播放歌曲函數(shù)，當(dāng)按下22號(hào)鍵時(shí)，播放下一首歌曲，當(dāng)按下23鍵時(shí)，退出播放返回主程序。而在主程序中時(shí)，代表演奏狀態(tài)，當(dāng)按下23號(hào)鍵時(shí)，進(jìn)入錄音狀態(tài)，此時(shí)有個(gè)綠色的指示燈會(huì)亮。而進(jìn)入錄音后，再按一次23鍵，指示燈滅，退出錄音狀態(tài)，返回主程序。

七個(gè)紅色的LED代表按鍵的音符DO，RE，MI，F(xiàn)A,SO,LA,SI分別接到P0口的各個(gè)輸入端口,音符DO時(shí)，一個(gè)LED亮，音符RE時(shí)，2個(gè)LED亮，以此類(lèi)推。同時(shí)為了區(qū)分高中低音，三個(gè)八度LED顯示不同，當(dāng)?shù)鸵粢舴�播放時(shí)，LED閃亮，當(dāng)是中音時(shí)，LED也閃亮，但是閃亮的頻率更快，當(dāng)是高音時(shí)，LED全亮，這是通過(guò)調(diào)節(jié)LED亮滅時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。綠色LED指示當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)電子琴處于錄音時(shí)，LED亮，結(jié)束錄音時(shí)，LED燈滅。

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2016-3-11 22:09 上傳

電子琴的基本原理：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，軟件設(shè)計(jì)部份的程序編寫(xiě)用匯編混合C語(yǔ)言來(lái)完成。聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)的某個(gè)口線(xiàn)不斷輸出“高”“低”電平，則在該口線(xiàn)上就能產(chǎn)生一定頻率的方波，講該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出波形的頻率從而改變音調(diào)。樂(lè)曲中，每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，下表給出各音符頻率。如果單片機(jī)某個(gè)口線(xiàn)輸出“高”“低”電平的頻率和某個(gè)音符的頻率一樣，那么將此口線(xiàn)接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。根據(jù)這個(gè)原理就能設(shè)計(jì)出，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線(xiàn)輸出高電平然后延遲一段時(shí)間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的方波，通過(guò)改變延遲的時(shí)間就可以改變輸出方波的頻率。單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器T1和T0，單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)際上是個(gè)計(jì)數(shù)裝置，它既可以對(duì)單片機(jī)內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，也可以對(duì)外部輸入的脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)內(nèi)部晶振計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為定時(shí)器，對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為計(jì)數(shù)器。當(dāng)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)。

軟件設(shè)計(jì)思想：采用模塊化的分層次設(shè)計(jì)方法，將軟件系統(tǒng)功能由多個(gè)實(shí)現(xiàn)單一功能的子程序?qū)崿F(xiàn)。這樣便于調(diào)試、修改。

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(shí)間。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P1.0反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（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＝1912μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs＝956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：N＝fi÷2÷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。其計(jì)數(shù)初值T的求法如下：T＝65536－N＝65536－fi÷2÷fr。

表3.2 頻率與計(jì)數(shù)值關(guān)系表

采用查表程序進(jìn)行查表時(shí)，可以為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，有助于單片機(jī)通過(guò)查表的方式來(lái)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。用單片機(jī)播放音樂(lè)，或者彈奏電子琴，實(shí)際上是按照特定的頻率，輸出一連串的方波。為了輸出合適的方波，首先應(yīng)該知道音符與頻率的關(guān)系。

上表中的頻率數(shù)值，有些過(guò)多，去掉不常用的黑鍵頻率，只是把白鍵對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)中，即可滿(mǎn)足絕大部分的應(yīng)用需求。
定義音調(diào)數(shù)據(jù)表的程序如下：

DW63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 低音區(qū):1 2 3 4 5 6 7
DW64580,64683,64777,64820,64898,64968,65030 中音區(qū):1 2 3 4 56 7
DW65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 高音區(qū):1 2 3 4 56 7

把這個(gè)數(shù)據(jù)表，放在程序中，需要播音的時(shí)候，就從表中取出一個(gè)數(shù)據(jù)送到定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器溢出中斷的時(shí)候，再對(duì)輸出引腳取反，那么，在揚(yáng)聲器中，即可聽(tīng)到上表中頻率的聲音。

void YinFu_DiZhongGao_Flag(uchar keyval)

{

               if(keyval<7)

                   flag_yinfu_dizhonggao=1;  // 低音

               else if(keyval<14)

                   flag_yinfu_dizhonggao=2;  //中音

                else if(keyval<21)

                   flag_yinfu_dizhonggao=3;  //高音   

}

此函數(shù)是根據(jù)按下鍵值來(lái)確定音符是高音、中音還是低音flag_yinfu_dizhonggao=1代表低音，flag_yinfu_dizhonggao=2代表中音，flag_yinfu_dizhonggao=3代表高音。

而LED顯示函數(shù)（定時(shí)器1中斷服務(wù)函數(shù)）會(huì)根據(jù)flag_yinfu_dizhonggao的值來(lái)顯示。

void Timer_Init()

{

    TMOD=0x11;     //定時(shí)器T0,T1設(shè)置為方式1，

   TH1=0xD8;      //10ms中斷一次

   TL1=0xF0;

   TH0=th0;

   TL0=tl0;

   IE=0x82;   //開(kāi)啟總中斷和定時(shí)器T0,T1溢出中斷

   ET1=1;

   IP=0x02;   //T0優(yōu)先于T1

}

定時(shí)器0用來(lái)產(chǎn)生不同方波頻率，使音響發(fā)聲。

定時(shí)器1用來(lái)控制LED顯示，當(dāng)工作在演奏模式時(shí)，按下音符鍵時(shí)，判斷音符鍵是高音還是中音或者低音，當(dāng)是高音時(shí)，LED全亮，占空比為1；當(dāng)是中音時(shí)，LED快速閃爍，占空比為1/2；當(dāng)是低音時(shí)，LED相對(duì)較慢的閃爍，占空比為1/4。

void play_Tone() interrupt 1 using 0//定時(shí)器T0溢出中斷，產(chǎn)生不同頻率的矩形波

{

   TH0=th0;                                                                   TL0=tl0;

   Beep=~Beep;

}

void play_LED() interrupt 3    using 2

{

   if(Recordonoff)//開(kāi)啟錄音后計(jì)時(shí)按鍵按下的時(shí)間

   {   

       TH1=0xB1;

       TL1=0xE0;  

       Record_Timer++;           

   }

if(flag_yinfu_dizhonggao==1||flag_yinfu_dizhonggao==3)//低音或高音

   {

   if((cont==3&&flag_yinfu_dizhonggao==1)||flag_yinfu_dizhonggao==3)   //低音占空比為1/4、高音占空比為1

           {

               led=LED_Dis[yuzhi];

           }

           elseled=0x00;

   }   

   if(flag_yinfu_dizhonggao==2)

   {       if(cont1) //控制占空比為1/2

               { cont1=~cont1; led=LED_Dis[yuzhi]; }

           else

               { led=0x00; cont1=~cont1; }

   }

   cont++;

   if(cont>3)  cont=0;

}

中斷函數(shù)中的余值在主程序中是這樣賦值的：

yuzhi=(KeyNo+3)%7;   //判斷DO RE MI FA...

根據(jù)yuzhi判斷DO、RE...當(dāng)時(shí)DO時(shí)，亮一個(gè)LED燈，當(dāng)時(shí)RE時(shí)，亮兩個(gè)LED...

//21個(gè)音符的頻率對(duì)應(yīng)的T值

uint codeTone_Delay_Table[]={63628,63835,64021,64103,64260,

64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,

65110,65157,65178,65217,65252,65283};

void main()

{   ucharKeystate=0;

   Timer_Init();

   led=0x00; //初始化led

   led_zhishi=0;指示LED滅（進(jìn)入演奏狀態(tài)，若進(jìn)入錄音狀態(tài)則亮）

   while(1)

   {   Keystate=KeyState();//如果有按鍵按下，返回1

       if(Keystate)

       {  key_scan();

           if(KeyNo<21)//KeyNo存儲(chǔ)按下鍵的鍵值

           {   yuzhi=(KeyNo+3)%7;   //判斷DO RE MI FA...

               th0=Tone_Delay_Table[KeyNo]/256;//賦初值，產(chǎn)生

//按鍵所對(duì)應(yīng)的音符的頻率

               tl0=Tone_Delay_Table[KeyNo]%256;

               YinFu_DiZhongGao_Flag(KeyNo);//判斷是高中低音

               TR0=1; //Turn on timer

               TR1=1;     

           }      

           elseif(KeyNo==21)    //進(jìn)入播放歌曲狀態(tài)

           {       PlayMusic();Delayms(2000); }

           elseif(KeyNo==23)   //進(jìn)入錄音狀態(tài)

               { Recordonoff=~Recordonoff; Record_yinfu(); }         

       }

       else

       {  TR0=0;   //關(guān)閉定時(shí)器

           TR1=0;

           led=0x00;

           cont=0;//控制占空比變量，讓LED以不同頻率閃爍

       }

       Delayms(2);  

    這次設(shè)計(jì)中，在仿真軟件上實(shí)現(xiàn)了高、中、低21個(gè)音符的發(fā)聲和音樂(lè)的自動(dòng)播放。以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)，增加鍵盤(pán)模塊，顯示模塊，發(fā)聲模塊與電源模塊。通過(guò)上網(wǎng)查閱各音符的頻率，使用21個(gè)按鍵來(lái)輸入不同的音調(diào)，再通過(guò)采用定時(shí)器T0與T1來(lái)改變高低電平輸出的頻率來(lái)模擬不同音階發(fā)音的頻率，然后傳送到喇叭，就可以發(fā)出相應(yīng)的聲音。音階有低、中、高之分，通過(guò)顯示模塊的LED燈來(lái)表現(xiàn)音符高低。

[1]胡桂珍，《C程序設(shè)計(jì)教程》，西南交通大學(xué)出版社

[2]潘育山，《 單片機(jī)原理及C51開(kāi)發(fā)技術(shù)》，西南交通大學(xué)出版社

[3]王曉明，《電機(jī)的單片機(jī)控制》，北京航空航天大學(xué)出版社

    這次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)完成后，體會(huì)頗多，在學(xué)與做的過(guò)程中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)，吸取經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到進(jìn)步的目的。通過(guò)自身的努力以及相關(guān)圖書(shū)資料的幫助，逐漸熟悉了Keil uVision4、PROTEUS和C語(yǔ)言等軟件的使用。本次設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)到不少單片機(jī)的知識(shí)，但由于自己的理論知識(shí)水平有限，實(shí)踐知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免存在一些問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，加深了自己對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的理解。