用单片机制作电子琴

1、第二章 总体方案2.1系统设计要求本系统分为两个部分，一个是音乐播放，另一个就是电子琴弹奏。 关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在我自己定义的表中。具体要求如下： 1.要求达到电子琴的基本功能，可以用弹奏出简单的乐曲。 2.用键盘作出电子琴的按键，每键代表一个音符。 3.各音符按一定的顺序排列，必须符合电子琴的按键排列顺序。 4.固定音乐播放有按键控制：“播放”、“弹奏/停止”。 5.弹奏电子琴时能播放出准确的声音，不弹奏时可以播放内置音乐。2.2 电子琴系统的组成单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。STC89C52单片机设计微型电子琴的

2、方法，仅需STC89C52最小系统，扩展一组矩阵键盘，再接一组发光二极管用来指示电子琴的工作状态。本系统分为两个部分，一个是音乐另一个就是电子琴。音乐播放部分：音乐实际上是有固定周期的信号。本文介绍用STC89C52的两个定时器（如T0，T1）控制，在P1.3脚上输出方波周期信号，产生乐音，通过矩阵键盘按键产生不同的音符，由此操作人员可以随心所欲的弹奏自己所喜爱的乐曲，当不想弹奏时通过按放歌键可以演奏事先存放在单片机中的几首动听的曲子供消遣。当歌曲演奏完时，通过按复位键便可回到初始状态，这样就做出了一台微型电子琴。由于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

3、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，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，我们将每一音符的时间常数和其相应的节拍常数作为一组，按顺序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就可以实现演奏效果。电子琴弹奏部分：实际上就是把每个按键所对应的值经过处理后发给单片机，再在单片机内把数字当作指针指向所对应的音符。2.4 系统框图该系统通过电子琴按键随意键入所要表达的音符，作为电平送给主体电路，中央处理器通过识

4、别，解码输出音符，在扬声器中发出有效的声音。通过这样可以不断的弹奏音乐。嵌入式电路，按键电路，LED显示电路和两个功能键组成，通过功能键可以选择播放音乐。其主要模块由五个部分组成,具体关系如图3-1所示:图3-1 带存储的电子琴框图上图即为此次设计中的电子琴的硬件结构图，我们运用单片机的最小系统，用P0口的高四位和P0口的低四位作4X4矩阵式按键的接口，用P2口作数码管的接口，用P1.3作信号输出口。 第二章 硬件介绍3.1 STC89C523.1.1 STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8

5、 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。3.1.2 主要功能特性 与MCS-51 兼容 8K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 512内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片

6、内振荡器和时钟电路3.2 矩阵式键盘的识别和显示3.2.1.矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单

7、片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。具体的识别及编程方法如下所述。3.2.2.矩阵式键盘的按键识别方法确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法”。行扫描法 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，介绍过程如下。1、判断键盘中有无键按下 将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相

8、交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.2.3. 键盘接口必须具有的4个基本功能。（1）去抖动:每个按键在按下或松开时，都会产生短时间的抖动。抖动的持续时间与键的质量相关，一般为520mm。所谓抖动是指在识别被按键是必须避开抖动状态，只有处在稳定接通或稳定断开状态才能保证识别正确无误。去抖问题可通过软件

9、延时或硬件电路解决。（2）防串键：防串键是为了解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新的按键按下时产生的问题。常用的方法有双键锁定和N键轮回两种方法。双键锁定，是当有两个或两个以上的按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。N键轮回，是当检测到有多个键被按下时，能根据发现它们的顺序依次产生相应键的键码。（3）被按键识别：如何识别被按键是接口解决的主要问题，一般可通过软硬结合的方法完成。常用的方法有行扫描法和线反转法两种。行扫描法的基本思想是，由程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键，为此，需要设置入口、输出口一个，该方法在微机系统中被广泛使用。线反转法的基本思

10、想是通过行列颠倒两次扫描来识别闭合键，为此需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。（4）键码产生：为了从键的行列坐标编码得到反映键功能的键码，一般在内存区中建立一个键盘编码表，通过查表获得被按键的键码。用AT89C51的并行口P0接44矩阵键盘，以P0.0P0.3作输入线，以P0.4P0.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0F”序号。3.3硬件设计图图中的矩阵键盘，从上到下，从左到右，依次为键盘的0-15，在数码管上显示时顺序为0-9和A-F，在按功能键时，图上的两个指示灯会根据功能的不同实现亮/灭状态的切换。在播放内置音乐时，指示灯在一定程度上能指示出曲目的音符。第四章 软件设计4.1

11、整体程序处理 在电子琴开始工作时，系统默认电子琴处于弹奏状态，歌曲选择功能键的目的是赋予矩阵键盘第二功能，即对系统内置的歌曲进行选择，在放歌时能且只能通过弹奏/停止键来结束放歌，选歌时必须先按下歌曲选择功能键，在通过矩阵键盘来选择和切换曲目。4.2 I/O并行口直接驱动LED显示把“STC89C52”区域中的P2.0/A8P2.7/A15端口用8芯排线连接到一位数码管的ah端口上；要求：P2.0/A8与a相连，P2.1/A9与b相连，P2.2/A10与c相连，P2.7/A15与h相连。 表1 字形码表及对应的音符10x3f低 5 SO90x7f中 6 LA20x06低 6 LAA0x6f中 7

12、 SI30x5b低 7 SIb0x77高 1 DO40x4f中 1 DOC0x7c高 2 RE50x66中 2 REd0x39高 3 M60x6d中 3 ME0x5e高 4 FA70x7d中 4 FAF0x79高 5 SO80x07中 5 SO00x71高 6 LA 在本设计中，数码管的显示通过 P2=DSY_CODEk 这句语言来查表并输出，实现音符的显示。 4.3 音乐播放设计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

13、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。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P3.7反相，然后重复计时再反相。就可在P1.3引脚上得到此频率的脉冲。利用STC89C52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是： Nfi2fr 式

14、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例如：设K65536，fi1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。 T65536N65536fi2fr6553610000002fr 65536500000/fr低音DO的T65536500000/26263628中音DO的T65536500000/52364580高音DO的T65536500000/104665058 单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如表4-1

15、所示 表4-1 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）休止00中 4 FA69864820低1DO26263628中 5 SO78464898低2RE29463835中 6 LA88064968低 3 M33064021中 7 SI98865030低 4 FA34964103高 1 DO104665058低 5 SO39264260高 2 RE117565110低 6 LA44064400高 3 M131865157低 7 SI49464524高 4 FA139765178中 1 DO52364580高 5 SO156865217中 2 RE58764684高

16、6 LA176065252中 3 M65964777高 7 SI196765283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 uint code tab= 0，63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524, 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030, 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 音乐的音拍，一个节拍为单位（C调）（如表4-2所示） 表4-2 曲调值表曲调值DELAY曲调值DELAY调4/4125ms调4/462ms调3/4187ms调3

17、/494ms调2/4250ms调2/4125ms 对于不同的曲调我们也可以用单片机的另外一个定时/计数器来完成。在这个程序中用到了两个定时/计数器来完成的。其中T0用来产生音符频率，T1用来产生音拍。 附录 完整程序#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar STHO;uchar STLO;bit FY=0;uchar Song_Index=0,Tone_Index=0;uchar k,key;sbit SPK=P13;sbit LED1=P10;sb

18、it LED2=P11;uchar code DSY_CODE=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code Song50=1,2,3,1,1,2,3,1,1,3,4,5,3,4,5,5,6,5,3,5,6,5,3,5,3,2,1,2,1,-1,3,3,3,4,5,5,5,5,6,5,3,5,3,2,1,5,6,5,3,3,2,1,1,-1,3,2,1,3,2,1,1,2,3,2,1,2,3,1,3,4,5,3,4,5,5,6,5,3,5,3,2,1,3,2,

19、1,1,-1,10,10,10,9,10,9,10,9,9,6,6,7,8,9,8,7,6,5,6,-1,10,10,10,9,10,13,12,13,12,12,9,9,10,11,12,11,10,9,8,10,10,-1,13,14,13,12,12,10,12,10,12,9,13,12,10,9,10,10,-1,9,13,13,13,8,13,13,13,13,14,15,14,13,14,13,14,10,10,-1,13,14,13,12,12,10,12,10,12,13,14,13,14,13,14,10,-1,9,13,13,13,8,13,13,13,13,14,15,

20、14,13,13,14,12,13,-1,5,5,10,9,8,5,5,5,5,10,9,8,6,6,6,11,10,9,6,-1,6,12,12,11,9,10,8,5,5,10,9,8,5,5,5,10,9,8,6,-1,6,6,11,10,9,12,12,12,12,13,12,11,9,8,10,10,10,-1,10,10,10,10,12,8,9,10,11,1,11,11,11,10,10,10,10,10,9,9,8,9,12,12,12,11,9,8,-1,13,13,8,13,13,13,13,14,15,14,13,14,13,14,10,10,13,14,13,12,1

21、2,10,12,10,12,13,14,13,14,13,14,10,9,13,13,13,8,13,13,13,13,14,15,14,13,13,14,12,13,-1,6,6,11,10,9,12,12,12,12,13,12,11,9,8,10,10,10,10,10,10,10,12,8,9,10,11,11,11,11,11,10,10,10,10,10,9,9,8,9,12,12,12,11,9,8,-1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,-1;uchar code Len50=1,1,1,1,1,1,1,

22、1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,2,2,-1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,2,-1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,2,-1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,2,-1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,3,1,-1,0,1,1,0,1,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,2,-1,0,1,1,2,0,1,1,0,1,

23、1,0,1,1,0,1,1,2,1-1,0,1,1,0,1,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,4,-1,0,1,1,2,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,4,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,1,1,2,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,2,

24、1,0,1,1,0,1,1,2,1,1,0,1,1,0,1,1,4,0,1,1,2,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,4,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,-1; uint code tab=0,63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524, 64580,64684,64777,64820,64898,649

25、68,65030, 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283; void delay1(uint ms) uchar t; while(ms-) for(t=0;t0;i-); uchar getkey(void) uchar scancode,tmpcode; if(P0&0xf0)=0xf0) return(0); scancode=0xfe; while(scancode&0x10)!=0) P0=scancode;if (P0&0xf0)!=0xf0) tmpcode =(P0&0xf0)|0x0f; return(scancode)+(tmpcode); else scancode=(scancode1)|0x01; void EX0_INT() interrupt 0 FY=0; LED1=1; LED2=0; void EX1_INT() interrupt 2 FY=1; LED1=0; LED2=1; void time0_int(void) interrupt 1 using 0 TH0=STHO; TL0=STLO; SPK=!SPK