邵陽學院 王 志 許建明 陳炯明

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基于單片機的簡易電子琴設計

邵陽學院 王 志 許建明 陳炯明

【摘要】本文采用單片機作為主控制芯片，結合鍵盤電路、音頻放大電路、LED顯示燈電路等實現了簡易的電子琴控制電路設計，每一個按鍵對應一個音階，不同的音階由單片機定時器程序產生不同頻率的脈沖輸出，驅動發(fā)聲器發(fā)出不同音階的聲音。電路設計思路正確、電路簡單、能完成簡單曲子播放和彈奏，符合實際的基本要求。

【關鍵詞】單片機；電子琴；鍵盤

1 系統工作原理

本系統由按鍵電路、LED顯示電路、音頻放大電路、電源電路及兩個功能鍵組成，通過功能鍵可以選擇播放音樂或演奏，電子琴按鍵采用行列式鍵盤來完成音符的輸入，單片機處理器通過識別、分析，最后解碼輸出音符，再通過功率放大電路進行放大，最后在發(fā)聲電路中發(fā)出相應音階的聲音。該系統的系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 硬件系統設計

2.1 電源電路設計

無論是AT89C51單片機工作電源、二極管還是數碼管的驅動，都要用到穩(wěn)定的+5V直流電源，因此一個穩(wěn)定的、持續(xù)的+5V直流電源對本系統十分重要。本系統運用橋式整流電路，將交流轉換為直流，經過穩(wěn)壓模塊為各部分電路提供恒定的+5V直流。模擬部分和數字部分分別采用一個獨立的穩(wěn)壓輸出供電，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾。

2.2 音頻放大電路設計

LM386是美國國家半導體公司生產的音頻功率放大器，主要應用于低電壓消費類產品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調整為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用于電池供電的場合。LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。其追求的主要目標是在失真許可的限度內，高效率地為終端負載提供盡可能大的輸出功率，經實驗本電路符合系統要求。

2.3 鍵盤控制電路設計

系統采用行列式按鍵方式來實現鍵盤的，如圖2所示。行列式按鍵是指采用行線和列線組成，采用掃描原理來識別按鍵是否有按下，跟獨立式鍵盤比較具有節(jié)省I/O口線的特點。當圖中的某一個鍵閉合時，先要通過按鍵去抖動過程確定鍵的按下，再利用掃描按鍵子程序判斷是哪一個按鍵按下，實現不同鍵鍵入的不同處理。

圖2 鍵盤電路

3 軟件設計

本程序由主程序和中斷服務程序兩部分組成。在主程序中首先對中斷初始化，然后按行查詢各個按鍵是否被按下，如果有則調用延時來消除鍵抖動，再繼續(xù)按行查詢的操作，如果此時的鍵有按下操作，則把該鍵所在行號存入30H單元中，再按列訪問各按鍵，如果有按鍵被操作則將該鍵所在列號存入31H存儲單元中。計算鍵值，通過查表獲得實現不同頻率的聲音的定時器的初值。在中斷服務程序中，首先將DPTR賦予TABLE2的首地址，通過鍵號查TABLE2得到定時器常數，開啟揚聲器從而實現發(fā)出對應按鍵的音調的效果。最后再進行中斷返回。

4 結束語

本文設計了一款基于單片機的簡易電子琴。在仿真運行時，操作者按下相應的按鍵將發(fā)出對應的音階。經過調試和驗證本設計可以實現簡單音樂演奏和音樂的播放。對每個音階的不同音長的組合，從而可以組成一首十分優(yōu)美的音樂。該電路成本低，娛樂性強，具有較好的實用價值。

參考文獻

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機原理及應用［M］.上海﹕上海交通大學出版社，2013.

［2］韓克，薛迎霄.單片機應用技術［M］.北京﹕電子工業(yè)出版社，2013.

［3］江世明，黃同成.單片機及應用［M］.北京﹕中國鐵道出版社，2010.

作者簡介：

王志（1993—），男，湖南岳陽人，大學本科，現就讀于電子科學與技術專業(yè)。

通信作者：

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術研究。