唐求陽 衡陽技師學(xué)院

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基于單片機的微型電子琴研究與實現(xiàn)分析

唐求陽 衡陽技師學(xué)院

摘 要：單片機是集成電路快速發(fā)展的產(chǎn)物，穩(wěn)定可靠、價格低廉、高速度、高性能是其典型特征。當(dāng)前單片機的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然產(chǎn)物。微型電子琴實際上是電子技術(shù)同音樂緊密結(jié)合的產(chǎn)物，利用單片機來實現(xiàn)電子琴是當(dāng)前可取的措施，單片機作為電子琴的核心控制元件，在其中能夠發(fā)揮非常重要地作用。

關(guān)鍵詞：單片機 電子琴 彈奏

電子琴在我國還處在一種初期普及階段，但是由于其具有功能強大、音色豐富、彈奏簡單等特點因而得到了人們的喜愛，尤其是在音樂教學(xué)中得到了迅速推廣。學(xué)習(xí)并掌握電子琴逐漸成為了人們一種非常重要的技能。從當(dāng)前電子琴自身設(shè)計情況來看，還存在著一定不足，在微型電子琴設(shè)計方面還是比較薄弱的。為了能夠提升微型電子琴設(shè)計水平，本文將以單片機為主來進行科學(xué)設(shè)計。

一、系統(tǒng)總體框架設(shè)計

在具體設(shè)計過程中首先是要明確系統(tǒng)總體框架，這是設(shè)計的首要步驟。本文主要是以單片機來實現(xiàn)微型電子琴沿軸功能。對于單片機而言主要工作是要利用定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生不同頻率脈沖信號，用戶演奏過程中按下鍵盤演奏樂曲，此時單片機則應(yīng)該根據(jù)用戶案件來查到頻率，從而發(fā)出正確樂音，通過這樣一種形式把音樂通過揚聲器發(fā)出。

在具體設(shè)計過程中，對于節(jié)拍主要是由用戶來控制的。之所以進行這樣的設(shè)計是因為單片機本身是沒有足夠驅(qū)動能力的，因而不能夠通過音頻脈沖直接驅(qū)動揚聲器輸出，此時為了滿足需要就應(yīng)該采用音頻功率放大電路。從實際出發(fā)，本文選擇LM386低壓音頻功率放大器。

二、軟硬件設(shè)計

（一）硬件設(shè)計。在具體設(shè)計過程中硬件設(shè)計主要指的是各種模塊電路設(shè)計，對于這些模塊電路進行設(shè)計是保證微型電子琴正常運行的重要前提。具體模塊電路設(shè)計主要是表現(xiàn)在以下幾個方面：

鍵盤掃描電路。對于鍵盤掃描電路的掃描往往是通過線反轉(zhuǎn)法和行掃描法兩種方式來實現(xiàn)，在實際設(shè)計過程中本文主要采用的是行掃描法。先是在P20到P23循環(huán)送出掃描信號，而后是在P24到P27上的輸入按鍵上輸入高低電平信息傳送給單片機。最后就是根據(jù)行列信號來判斷哪個按鍵被按下，確定之后在發(fā)送給主程序從而來實現(xiàn)不同功能。在鍵盤掃描電路設(shè)計過程中經(jīng)常是會出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象的，為了能夠有效消除毛刺通常是要采用延時重復(fù)掃描法。這種方法實際上在操作過程中就是當(dāng)有按鍵被單片機檢測到動靜之后就應(yīng)該延時10ms-20ms之后再來看電平能否保持原來的狀態(tài)，如果能就說明是有效的，相反則是無效的。

AT89S52電路設(shè)計。這是非常關(guān)鍵的設(shè)計內(nèi)容，對于單片機模塊電路的設(shè)計要高度重視，這一電路設(shè)計水平將直接影響到具體設(shè)計效果。當(dāng)用戶按下鍵盤之后，單片機主程序會讀取鍵盤掃描程序返回的鍵盤碼，通過根據(jù)該碼就能夠查到樂音-音頻對應(yīng)表，進而能夠得到樂音定時器初始值以及數(shù)碼管顯示編碼，在輸出之后將能夠得到相應(yīng)控制單元，最終將會產(chǎn)生不同振動頻率。

音頻處理電路。在對音符信號處理的過程中之所以要加設(shè)功率放大裝置，主要是因為單片機驅(qū)動不夠。低功耗、高增益、低功耗輸出是LM386的基本特征，這些特征也符合單片機要求。因此要加設(shè)可靠的音頻信號放大器。

晶振電路。單片機定時控制主要是利用內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式來實現(xiàn)，本文選取的是內(nèi)部時鐘方式。從實際情況來看XTAL1、XTAL2是單片機內(nèi)部反相放大器輸入及輸出端，在外面還設(shè)置有定時反饋元件，這樣就能夠組成振蕩器。單片機控制器的控制節(jié)拍同時鐘頻率是成正比的。

時鐘頻率。單片機內(nèi)部有時鐘振蕩電路。單片機工作主要是由時鐘頻率來驅(qū)動的，可見時鐘頻率在其中扮演著非常重要地角色。對此必須要進行科學(xué)設(shè)計。在具體設(shè)計過程中通過外接振蕩源，那些位于單片機內(nèi)部的各個單元就能夠受到時鐘信號，它的振蕩頻率決定了單片機工作速度。通常情況下是要選擇石英晶體振蕩器來作為外部振蕩源電路的。此時往往是電路在通電時延遲10ms之后，振蕩器才能夠起振。

（二）軟件設(shè)計。軟件設(shè)計實際上就是要對電子琴各種程序來進行科學(xué)設(shè)計，通過對這些程序進行設(shè)計來最終實現(xiàn)對電子琴的有效控制。

三、電子琴的實現(xiàn)

為了能夠真正使得微型電子琴能夠科學(xué)運轉(zhuǎn)，在工作中還應(yīng)該科學(xué)實現(xiàn)系統(tǒng)各項內(nèi)容，具體而言主要是包含以下方面：

音樂節(jié)拍的實現(xiàn)。在系統(tǒng)中音高主要是取決于發(fā)音物體振動頻率高低，通常情況下頻率低音高就低，頻率高音高就高。在具體實現(xiàn)音的過程中主要是利用定時器來實現(xiàn)。系統(tǒng)中的定時器0處在工作模式0狀態(tài)時，記時時長通常是要根據(jù)發(fā)音頻率來確定的，對于定時器計數(shù)初值通常是通過頻率值來推算出來的。節(jié)拍控制是實際控制的重要內(nèi)容，節(jié)拍主要是利用單片機延時功能來實現(xiàn)。在播放音樂的時候，節(jié)拍設(shè)置在程序設(shè)計過程中就應(yīng)該充分考慮。

鍵盤掃描按鍵程序的實現(xiàn)。在具體工作中要觀察琴鍵是否被按下，當(dāng)有被按下的情況是就應(yīng)該記錄鍵值同時還應(yīng)該跳轉(zhuǎn)到功能轉(zhuǎn)移程序，沒有的時候就應(yīng)該繼續(xù)監(jiān)測琴鍵。對于那些被檢測到的琴鍵值還應(yīng)該進行準(zhǔn)確判斷處理，如果判斷它是琴鍵，此時就應(yīng)該跳轉(zhuǎn)到琴鍵處理系統(tǒng)程序。當(dāng)檢查過程中發(fā)現(xiàn)是功能鍵的時候就應(yīng)該跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)功能處理程序上。這樣做是非常重要的。

音樂處理模塊實現(xiàn)。對于音樂處理模塊而言，在具體設(shè)計過程中主要是利用定時/計數(shù)器T0，工作模式則采用的是1.通常情況下在改變TL0和TH0的計數(shù)值之后就能夠生成不同頻率的脈沖信號。在啟動脈沖分配子程序之后，首先要做的就是要初始化程序。

微型電子琴的研究與實現(xiàn)是一項專業(yè)工作，為了能夠真正做好這項工作就應(yīng)該進一步加強對單片機的研究，通過對單片機性能的分析是進一步提升微型電子琴性能的重要手段。本文重點是分析了基于單片機的微型電子琴的設(shè)計與實現(xiàn)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，在具體設(shè)計過程中就應(yīng)該進行科學(xué)設(shè)計。

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