董開(kāi)茂 李紅嶺 杜志維 張?jiān)滦? 王家祺

摘要：本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心部件，結(jié)合鍵盤輸入模塊、音頻播放模塊、數(shù)碼管顯示模塊等設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴。設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)電子琴所具有的基本功能，且具有運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定，造價(jià)成本低等多方面的優(yōu)勢(shì)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);電子琴;鍵盤;音頻播放

中圖分類號(hào)：TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0181-02

1 系統(tǒng)方案及功能要求

1.1 系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心部件，結(jié)合晶振電路、復(fù)位電路、鍵盤輸入、音頻播放模塊及顯示模塊設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易電子琴[1-3]。系統(tǒng)框架如圖1所示。

1.2 功能要求

（1）基本琴鍵及顯示功能[4]：要求電子琴具有可以彈出8種最基本音符的功能，當(dāng)依次按下鍵盤區(qū)的1-8號(hào)按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器就會(huì)依次發(fā)出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si高音段的Do 8種不同的音符，并且LED數(shù)碼管能夠在按下按鍵的同時(shí)對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字Do→1、Re→2、Mi→3、Fa→4、So→5、La→6、Si→7、高Do→8。

（2）自動(dòng)播放功能[5]：要求在設(shè)計(jì)中設(shè)置1個(gè)開(kāi)始播放按鍵和1個(gè)停止播放按鍵，當(dāng)按下開(kāi)始播放按鍵時(shí)，單片機(jī)就會(huì)立刻切換到播放音樂(lè)模式，播放提前存儲(chǔ)好的音樂(lè)，在播放過(guò)程中，若無(wú)停止播放鍵按下，則將音樂(lè)播放完畢后自動(dòng)停止。若在播放過(guò)程中按下停止按鍵時(shí)，就立刻停止播放，回到初始狀態(tài)。

本設(shè)計(jì)將在完成這些功能的前提下，盡量保證該設(shè)計(jì)的流暢運(yùn)行，確保低成本實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。

2.1 核心部件

AT89C51是一種容易掌握，便于操作，硬件設(shè)計(jì)方便的高性能集成芯片，且具有片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C51單片機(jī)是經(jīng)濟(jì)型低價(jià)位的微控制器，該芯片功耗低且靈活性強(qiáng)，諧波失真較小、性能穩(wěn)定，所以在本設(shè)計(jì)中選擇該芯片作為核心部件[6]。

2.2 鍵盤設(shè)計(jì)

鍵盤分為兩個(gè)部分，一部分是獨(dú)立音符按鍵，可以實(shí)現(xiàn)電子琴?gòu)椬嗟墓δ?，?dāng)依次按下時(shí)，電子琴會(huì)發(fā)出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si、Do（高音）8個(gè)獨(dú)立音符。一部分是功能按鍵，當(dāng)自動(dòng)播放鍵按下時(shí)，播放提前存儲(chǔ)好的完整音樂(lè)，當(dāng)停止鍵按下時(shí)，中斷播放。另外，當(dāng)某一按鍵被按下時(shí)，數(shù)碼管也會(huì)顯示出相應(yīng)的數(shù)字[7]。

2.3 顯示及揚(yáng)聲設(shè)計(jì)

（1）顯示：本設(shè)計(jì)選用8段共陽(yáng)極LED數(shù)碼管作為顯示，顯示方式采用動(dòng)態(tài)顯示，并加上一個(gè)排阻，起限流作用，單片機(jī)通過(guò)查表得出相應(yīng)的段碼，LED數(shù)碼管就會(huì)依次顯示對(duì)應(yīng)的樂(lè)譜數(shù)字，以此達(dá)到數(shù)碼管和單片機(jī)的連接。

（2）揚(yáng)聲：?jiǎn)纹瑱C(jī)揚(yáng)聲的實(shí)質(zhì)是由脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭。由于單片機(jī)端口的驅(qū)動(dòng)能力很弱，所以不能直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，所以在本設(shè)計(jì)中通過(guò)一個(gè)NPN型的三極管將單片機(jī)P1.0引腳輸出的方波信號(hào)進(jìn)行放大處理，然后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

3 軟件設(shè)計(jì)

需要完成以下任務(wù)：檢測(cè)鍵碼，判斷按下的是音符按鍵還是播放音樂(lè)的功能按鍵，若是音符按鍵，則根據(jù)鍵碼查詢音調(diào)表得到計(jì)數(shù)初值，給計(jì)時(shí)器賦值，讓其發(fā)出相應(yīng)頻率的方波信號(hào);若是播放音樂(lè)的功能按鍵，則播放提前存儲(chǔ)好的音樂(lè)，播放完畢或中斷鍵按下時(shí)返回鍵盤掃描主程序，繼續(xù)檢測(cè)是否有鍵按下[8-10]。程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為主控核心部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用簡(jiǎn)單的鍵盤輸入和揚(yáng)聲組合，能夠基本實(shí)現(xiàn)電子琴的各項(xiàng)功能。本設(shè)計(jì)力求用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)完成精準(zhǔn)的控制，具有較為可觀的實(shí)用價(jià)值。

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