邵陽(yáng)學(xué)院 王 志 許建明 陳炯明

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基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)

邵陽(yáng)學(xué)院 王 志 許建明 陳炯明

【摘要】本文采用單片機(jī)作為主控制芯片，結(jié)合鍵盤(pán)電路、音頻放大電路、LED顯示燈電路等實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易的電子琴控制電路設(shè)計(jì)，每一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)音階，不同的音階由單片機(jī)定時(shí)器程序產(chǎn)生不同頻率的脈沖輸出，驅(qū)動(dòng)發(fā)聲器發(fā)出不同音階的聲音。電路設(shè)計(jì)思路正確、電路簡(jiǎn)單、能完成簡(jiǎn)單曲子播放和彈奏，符合實(shí)際的基本要求。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；電子琴；鍵盤(pán)

1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由按鍵電路、LED顯示電路、音頻放大電路、電源電路及兩個(gè)功能鍵組成，通過(guò)功能鍵可以選擇播放音樂(lè)或演奏，電子琴按鍵采用行列式鍵盤(pán)來(lái)完成音符的輸入，單片機(jī)處理器通過(guò)識(shí)別、分析，最后解碼輸出音符，再通過(guò)功率放大電路進(jìn)行放大，最后在發(fā)聲電路中發(fā)出相應(yīng)音階的聲音。該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

無(wú)論是AT89C51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到穩(wěn)定的+5V直流電源，因此一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的+5V直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要。本系統(tǒng)運(yùn)用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，經(jīng)過(guò)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(shù)字部分分別采用一個(gè)獨(dú)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(shè)計(jì)

LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)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(diào)整為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)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(chǎng)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(biāo)是在失真許可的限度內(nèi)，高效率地為終端負(fù)載提供盡可能大的輸出功率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)本電路符合系統(tǒng)要求。

2.3 鍵盤(pán)控制電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用行列式按鍵方式來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)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(lái)識(shí)別按鍵是否有按下，跟獨(dú)立式鍵盤(pán)比較具有節(jié)省I/O口線的特點(diǎn)。當(dāng)圖中的某一個(gè)鍵閉合時(shí)，先要通過(guò)按鍵去抖動(dòng)過(guò)程確定鍵的按下，再利用掃描按鍵子程序判斷是哪一個(gè)按鍵按下，實(shí)現(xiàn)不同鍵鍵入的不同處理。

圖2 鍵盤(pán)電路

3 軟件設(shè)計(jì)

本程序由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成。在主程序中首先對(duì)中斷初始化，然后按行查詢(xún)各個(gè)按鍵是否被按下，如果有則調(diào)用延時(shí)來(lái)消除鍵抖動(dòng)，再繼續(xù)按行查詢(xún)的操作，如果此時(shí)的鍵有按下操作，則把該鍵所在行號(hào)存入30H單元中，再按列訪問(wèn)各按鍵，如果有按鍵被操作則將該鍵所在列號(hào)存入31H存儲(chǔ)單元中。計(jì)算鍵值，通過(guò)查表獲得實(shí)現(xiàn)不同頻率的聲音的定時(shí)器的初值。在中斷服務(wù)程序中，首先將DPTR賦予TABLE2的首地址，通過(guò)鍵號(hào)查T(mén)ABLE2得到定時(shí)器常數(shù)，開(kāi)啟揚(yáng)聲器從而實(shí)現(xiàn)發(fā)出對(duì)應(yīng)按鍵的音調(diào)的效果。最后再進(jìn)行中斷返回。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴。在仿真運(yùn)行時(shí)，操作者按下相應(yīng)的按鍵將發(fā)出對(duì)應(yīng)的音階。經(jīng)過(guò)調(diào)試和驗(yàn)證本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單音樂(lè)演奏和音樂(lè)的播放。對(duì)每個(gè)音階的不同音長(zhǎng)的組合，從而可以組成一首十分優(yōu)美的音樂(lè)。該電路成本低，娛樂(lè)性強(qiáng)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］江世明，許建明，朱群峰，申壽云.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.上海﹕上海交通大學(xué)出版社，2013.

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

［3］江世明，黃同成.單片機(jī)及應(yīng)用［M］.北京﹕中國(guó)鐵道出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：

王志（1993—），男，湖南岳陽(yáng)人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)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(shù)研究。