基于AT98C51的简易电子琴设计.doc

基于AT98C51的简易电子琴设计 基于AT98C51的简易电子琴设计Simply Electronic Organ Based on AT89C511 功能简介电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演着重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本简易电子琴的设计可实现的功能如下：程序中预存了一首音乐世上只有妈妈好，通过一个独立键盘可以实现对该音乐的播放和停止操作的控制。4*4矩阵键盘的16个按键分别对应着16个不同的音符，分为高、低两个八度，当按下某一按键，会发出相应的音调。按下按键时，扬声器会发出声音，松开按键后，扬声器停止发声，按键的时间越长，发声时间越久。连续按下不同的按键，可以实现乐曲的演奏。2 功能的实现功能的实现部分分为软件和硬件两部分来简介。2.1 软件部分程序主流程图如图2.4。2.1.1 音乐产生原理一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，只需将一首歌的音阶和频率相对应即可。若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T1/5231912s，因此只要令计数器计时956s/1s956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。计数脉冲值与频率的关系式(如式2-1所示)是： Nfi2fr 2-1式中，N是计数值；fi是机器频率（晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz）；fr是想要产生的频率。其计数初值T的求法如下： T65536N65536fi2fr 2-2 例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。 T65536N65536fi2fr6553610000002fr65536500000/fr 低音DO的T65536500000/26263627 中音DO的T65536500000/52364580 高音DO的T65536500000/104665059我们要为这个音符建立一个表格，单片机通过查表的方式来获得相应的数据，音符表见附录一。 音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）（如表2-1所示） 表2-1 曲调值表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms调4/462ms调3/4187ms调3/494ms调2/4250ms调2/4125ms 对于不同的曲调我们也可以用单片机的定时/计数器来完成。程序流程图如图2.1。2.1.2 矩阵键盘原理4*4矩阵键盘是由CPU控制I/O口来实现扫描的。具体程序见附录二主程序键盘扫描部分。键盘扫描程序流程图如图2.2。程序首先给P3口赋值，然后读取P3的状态，将读取的状态值同所赋值相比较，如果二者不相同，则说明有键按下，子程序将按键值返回主程序；否则，说明没有键按下，程序继续进行下一次扫描。图2.1 音乐发声程序流程图图2.2 键盘扫描程序流程图图2.3 程序主流程图2.2 硬件部分本设计使用Protues仿真软件进行仿真。电路共由以下几部分构成：矩阵键盘部分；扬声器部分；AT89c51主控电路部分；独立按键部分。主电路见图2.4。2.2.1 矩阵键盘部分设计中采用AT89S51的并行口P3接44矩阵键盘，以P3.0P3.3作输入线，以P3.4P3.7作输出线。每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0”和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能，在本程序中，当程序检测到有键按下时，将查表使按键值与预存数据表中数据对应，并调用发声程序。2.2.2 扬声器接口电路部分仿真中的扬声器一段接CPU的P24口，另一端接高电平。当P24口有电平变化时，扬声器被驱动发声。而在实物制作中，这样是难以实现功能的，需要增加模拟电路以除去多余的干扰信号。也可选用集成芯片LM386作为扬声器的驱动芯片。若使用LM386驱动扬声器，通过相应的模拟电路的设计，还可以实现音量的调节。图2.4 主电路Protues仿真图3 小结将程序烧入芯片,调试成功后,可任意弹奏自己想要的旋律。本设计通过制作电子琴，将几个模块很好的融合起来，对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴统硬件组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏想要表达的音乐。说明一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，于是我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可，然后我们利用功放电路来将音乐声音放大，同时通过显示模块来确知自己所弹的音符。 不足之处有： 1.可弹奏的音符数较少，只能在一定范围内满足需要。可通过改进键盘识别模块和发声模块来增加其复杂度。 2.音量不可调。可通过增加功放电路，使用LM386芯片来做扬声器的驱动芯片，并对该芯片进行一定得设置，即可实现音量的调节。3. 本设计还有可提高之处，可以在程序头处，设置一个空的数组，用来保存键盘输入的信息，当执行另外的播放程序时，可以将键盘读入的信息转换为相应的音符播放。参考文献：1 康年光.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2005.07 2 刘乐喜.微机计算机接口技术及应用.华中科技大学出版社.2005.083 谢嘉奎.电子线路（线性部分）.高等教育出版社.2004.044 潭浩强.C语言程序设计.清华大学出版社.2005.07 5 李群芳，肖看.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础.清华大学出版社.2005.03附录1 音符频率表音符频率（HZ）简谱码（T值）音符频率（HZ）简谱码（T值）低1DO26263628# 4 FA#74064860#1DO#27763731中 5 SO78464898低2RE29463835# 5 SO#83164934#2 RE#31163928中 6 LA88064968低 3 M33064021# 693264994低 4 FA34964103中 7 SI98865030# 4 FA#37064185高 1 DO104665058低 5 SO39264260# 1 DO#110965085# 5 SO#41564331高 2 RE117565110低 6 LA44064400# 2 RE#124565134# 646664463高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580# 4 FA#148065198# 1 DO#55464633高 5 SO156865217中 2 RE58764684# 5 SO#166165235# 2 RE#62264732高 6 LA176065252中 3 M65964777# 6186565268中 4 FA69864820高 7 SI196765283 附录二 程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint key,i,j,time,m,k;uchar temp;uchar STH0,STL0,STH1,STL1;sbit sw=P27;sbit speaker=P24;sbit P37=P37;sbit P36=P36;sbit P35=P35;sbit P34=P34;/世上只有妈妈好数据表code unsigned char sszymmh= 6,2,3, 5,2,1, 3,2,2, 5,2,2, 1,3,2, 6,2,1, 5,2,1, 6,2,4, 3,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,1, 6,1,1, 5,2,1, 3,2,1, 2,2,4, 2,2,3, 3,2,1, 5,2,2, 5,2,1, 6,2,1, 3,2,2, 2,2,2, 1,2,4, 5,2,3, 3,2,1, 2,2,1, 1,2,1, 6,1,1, 1,2,1, 5,1,6, 0,0,0 ;/ 音阶频率表高八位code unsigned char FREQH= 0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8, 0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,0xFC, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE, 0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF, ;/ 音阶频率表低八位code unsigned char FREQL= 0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6, 0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,0x8F, /1,2,3,4,5,6,7,8,i 0xEE,0x44, 0x6B,0xB4,0xF4,0x2D, 0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16, ;unsigned int code tab=64021,64103,64260,64400, 64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178;void key_music()P3=0xff;P34=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp)case 0x0e: key=0; break; case 0x0d: key=1; break; case 0x0b: key=2; break; case 0x07: key=3; break;speaker=speaker;STH1=tabkey/256;STL1=tabkey%256;TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0;P3=0xff;P35=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp)case 0x0e: key=4; break; case 0x0d: key=5; break; case 0x0b: key=6; break; case 0x07: key=7; break;speaker=speaker;STH1=tabkey/256;STL1=tabkey%256;TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f; while(temp!=0x0f) temp=P3; temp=temp & 0x0f; TR0=0;P3=0xff;P36=0;temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)for(i=50;i0;i-) for(j=200;j0;j-); temp=P3;temp=temp&0x0f;if(temp!=0x0f)temp=P3;temp=temp&0x0f;switch(temp)case 0x0e: key=8; break; case 0x0d: key=9; break; case 0x0b: key=10; break; case 0x07: key=11; break;speaker=speaker;STH1=tabkey/256;STL1=tabkey%256;TR0=1;temp=P3;temp=temp & 0x0f; 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