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觸摸式電鋼琴
這個世界上有很多讓人上癮的事情,除了抽煙,喝酒這些壞毛病外,其實往51黑論壇發(fā)稿也是會上癮的。這不,我又急著來向大家展示我的作品~~話入正題,單片機制作無非聲、光、動、傳感,這次就來做點跟聲音有關(guān)的吧。這次帶來的是一款觸摸式電鋼琴,細心的網(wǎng)友可能會注意到,我用的是電鋼琴而不是電子琴,這兩者有區(qū)別么?我的回答是肯定的,因為這正是本作品的亮點所在。單片機演奏音樂大家肯定都不會陌生,用單片機內(nèi)部的定時器,送入不同的頻率,每一個頻率對應(yīng)著一個音調(diào),然后按照事先編排好的順序驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲,就可以演奏出音樂了。至于電子琴只需要把不同的頻率映射到對應(yīng)按鍵上即可。之所以說是電子琴,是因為這種方法只能演奏出單調(diào)的方波音頻。想不想讓聲音不再單調(diào),而是發(fā)出動聽的鋼琴音色呢?如果想的話,請拿出你的熱情并且打開你的烙鐵的開關(guān),跟我一起往下制作吧!
制作所需的元器件如上表所示,本著精簡制作的原則,用到的都是很普通的元器件,數(shù)量也很少,所以硬件制作的難度不是很大。連接部分則是過錫走線加飛線,烙鐵溫度在350度左右即可。電路圖如下所示,值得說明的一點是,圖中的矩陣觸摸按鍵這里只畫出了一組,其實有三組,共起來的一端分別與 P0.0、 P2.2、P2.1連接。剩下部分的電路都很明了,有創(chuàng)造力的朋友看電路圖自行發(fā)揮就好,新手可以參考下我的布局。
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2017-5-16 13:14 上傳
先把打印好的琴鍵圖片裁好,用雙面膠貼在洞洞板上。(如圖1、2、3 )
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怎么樣,是不是很有電鋼琴的樣子?什么?你說觸摸按鍵在哪里?別著急,讓我請出下面這位特別來賓——釘書針。為了整個制作的美觀跟手感,觸摸點的選取費了我很大的心思,試了很多種導(dǎo)體都無法達到滿意的效果,直到有一天無意中把釘書針掉在了洞洞板上,發(fā)現(xiàn)它那細長又導(dǎo)電的身體,長度剛剛好可以插進洞洞板,才有了這個有趣的設(shè)計。如圖4、5所示,按照琴鍵的位置插好釘書針并在背面壓緊。
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以此類推,完成36個鍵不會想你想象的那么枯燥,美妙的琴聲在等著你。之后用雙面膠把揚聲器粘在板子正面,并完成揚聲器導(dǎo)線、單片機、下載口、撥動開關(guān)、耳機插座、LED、功放芯片以及電解電容的焊接。焊接好的樣子如圖6所示。
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接下來是觸摸按鍵矩陣后與單片機的連接了,我的方法是過錫加飛線。先把單片機正下方的一組矩陣按鍵與兩邊矩陣共起來的部分過錫連接到I/O口上(如圖7),
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2017-5-16 17:04 上傳
然后用免刮漆包線把兩側(cè)矩陣要與I/O連接的地方向中間過錫部分連接(如圖8)
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2017-5-16 17:04 上傳
按道理制作到這里硬件的部分就大功告成了,但是在后期測試的過程中,總會有上電時亂響的問題。仔細思考后發(fā)現(xiàn)問題所在:因為觸摸按鍵是基于增強型51單片機的I/O口高阻狀態(tài)(下文會詳細介紹),這種狀態(tài)對電流的波動很敏感,會受到電源雜波的干擾。所以在正極跟地之間加了一個104電容,效果有很大好轉(zhuǎn)。順便一提,使用電池供電效果最好。到此就剩下載程序了,在最下方可以下載到源程序跟編譯好的HEX文件,然后用STC-ISP軟件下載到單片機里。注意,如果單片機是新的或者上一次使用連接了晶振的話,要先連接好晶振才能下載進程序。軟件設(shè)置如圖9。
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2017-5-16 13:14 上傳
到此,制作的部分全部完成了。
如果我現(xiàn)在結(jié)尾,肯定有人說我不地道,因為大家最想聽的軟件原理我還沒有說明。別急,聽我娓娓道來。先說觸摸吧,前面提到I/O口的高阻狀態(tài),說到了在這種狀態(tài)下I/O口對電流很敏感,那是不是只要接觸I/O口,就能用人體的生物電完成觸摸了?哎,好事多磨,雖然它很敏感,但是生物電的強度還是不能穩(wěn)定的被感應(yīng)。怎么辦呢?冷靜下來想一想,只要再叫一個強推狀態(tài)的I/O口來幫忙就好辦了,所謂強推狀態(tài),就是比普通準(zhǔn)雙向I/O口上拉能力強很多的一種狀態(tài)。這樣,在我們同時觸碰這兩個I/O時,強推I/O口的電流就通過皮膚流入高阻狀態(tài)的I/O口,從而讀到電平變化,從而實現(xiàn)觸摸操作。這么好用的功能怎么設(shè)置呢,請看我從STC數(shù)據(jù)手冊里截下來的設(shè)置方法。
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如圖所示,當(dāng)我們用C語言設(shè)置I/O狀態(tài)時,只需向P*M1 P*M0賦值(0x開頭的十六進制格式)即可,如圖10
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接下來到了發(fā)音部分,說到這里要感謝杜洋老師,因為這里的原理跟程序參考了他的SPEAKER32語音盒子。兩者同樣都是用電腦把要播放的音頻先在電腦上用專業(yè)的音頻軟件轉(zhuǎn)換成ASCII Test數(shù)據(jù),稍加改造變成數(shù)組后放入單片機60K的ROM里,配合PWM解碼程序,一個在你進門時甜美的說出“你好,歡迎光臨”,一個則是在你觸摸琴鍵后發(fā)出鋼琴的音色。專業(yè)的音頻軟件有很多,我用的是一款名為“Adobe Audition 3.0”的軟件,簡潔的界面,強大的功能,都是我選擇它的原因。接下來是使用方法,準(zhǔn)備好從網(wǎng)上下載到的音頻,你可以用鼠標(biāo)拖入音軌中,也可以對著一條空音軌點擊“右鍵→插入→音頻”來把你的音頻放入音軌中。這時音軌可能沒有緊貼前端,這樣會制造出一段空白音頻,這部分不但影響正常工作還很占空間,用右鍵點住它向前拖動,直到與前端緊貼。如圖11
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之后雙擊音頻,進入編輯模式。在這個模式下我們要做的是刪除空白跟擴大音量。向上滾動滑輪讓時間間隔變小,前端的空白就會變得明顯,去除它的原因跟上面一樣。我們用左鍵框選出空白部分,然后點擊“右鍵→剪切”來刪除空白。如圖12
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隨后按Ctrl+A全選波形,點擊左邊效果欄里的放大,調(diào)整好合適的放大倍數(shù)后點擊確認以完成放大操作。如圖13
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然后點擊左上角的“文件→另存為”,這時會彈出一個選擇格式跟保存路徑的窗口,下方的保存類型我們選擇“ACW波形(*.wav)”,然后點擊下方的選項,濾波器處改為“PCM”,屬性處改為“8.000kHz,8位,單聲道”,然后“確定→保存”如果彈出窗口點擊確定即可。如圖14
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這樣就把音頻轉(zhuǎn)成了8位單聲道,為后面的音頻表做好準(zhǔn)備。接下來軟件會自動載入剛剛保存的音頻,再點擊左上角的“文件→另存為”在彈出的窗口里選擇“ASCII 文本數(shù)據(jù)(*.txt)”然后點擊下方的選項,把兩個勾選框的對鉤都點掉,再點擊“確定→保存”就完成了ASCII Test數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。如圖15
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這樣重復(fù)36此之后,我們就得到了36個音調(diào)的8位音頻數(shù)據(jù)了。打開電鋼琴的工程文件,在程序的C語言文件下方有36個用音調(diào)名命名的數(shù)據(jù)表文件。這時只要把剛剛生成的數(shù)據(jù)復(fù)制到對應(yīng)數(shù)據(jù)表中就大功告成了,不過要注意開始處數(shù)組的定義跟每個數(shù)據(jù)后的逗號,編譯器可不會被你的急切所打動。我這里只是拋磚引玉,感興趣的話可以在網(wǎng)上找到更多樂器的音色,讓它變得更好玩,更強大。在茶余飯后悄悄的拿出它,為家人彈奏一曲。簡單的兒歌,或者經(jīng)典的旋律,不管你音樂水平的高低,總能在家人歡樂的笑聲中感受到電子制作帶給你的幸福!
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2017-5-16 13:30 上傳
小橙出品,必屬精品。 請大家多多支持宅曉橙!
單片機源程序:
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2017-5-16 17:03 上傳
程序以及HEX文件:
PIANO.zip
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2017-5-16 13:25 上傳
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