葛水河，張窩羊，楊旭輝

（漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南 漯河 462300）

現(xiàn)代電子產(chǎn)品滲透到社會生活各個角落，本次設(shè)計的著重點就是在耗能低、工作效率高、生產(chǎn)花費少的條件下達(dá)到各項設(shè)計需求指標(biāo)，實用新穎的基于單片機(jī)的16鍵多功能電子琴設(shè)計，它具有體積小、穩(wěn)定高、價錢實惠的特點。

1 系統(tǒng)組成

在選定機(jī)型的基礎(chǔ)上，依照整個設(shè)計的總體要求，確定設(shè)計系統(tǒng)中硬件部分的相關(guān)元器件，接著確定電路原理圖和總體框圖，進(jìn)行硬件的設(shè)計。

該設(shè)計要設(shè)計16鍵多功能電子琴，這個電子琴中的單片機(jī)工作的時鐘頻率是12 MHz，定時/計數(shù)器工作模式設(shè)置1，通過調(diào)節(jié)計數(shù)值與，進(jìn)而得到多種頻率的脈沖信號。音樂發(fā)生器通過揚聲器播放出來，來源是依據(jù)用戶自己彈奏的音樂，用戶在鍵盤輸入彈奏樂曲的。

運用單片機(jī)生成音頻脈沖，來啟動揚聲器，是由于它不足以提供充足的驅(qū)動能力，不能夠產(chǎn)生想要的音樂。因此要對設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，增加一個電路，這個電路的功能是放大音頻功率。該次設(shè)計，電子琴的改進(jìn)放大電路是通過低壓音頻功率放大器實現(xiàn)的，這樣子就可以產(chǎn)生想要的音樂。

在本設(shè)計當(dāng)中，一個很好的特點就是在電流斷開的情況下可以保存數(shù)據(jù)，不會造成數(shù)據(jù)的丟失，所以選擇錄制鍵盤，主要是錄制彈奏音樂的這個過程。單片機(jī)和總線的連接是通過芯片實現(xiàn)的，這樣電子琴就可以彈奏相應(yīng)的音樂，完成錄制與回放功能。如圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 各功能模塊原理圖

2.1 STC89C52最小系統(tǒng)模塊

STC89C52最小系統(tǒng)的組成部分是12M晶振電路，P0口和復(fù)位電路等，結(jié)構(gòu)齊全，特別是單片機(jī)存在的四個腳，大大便利了程序，這個模塊的電路原理圖如圖2所示。

2.2 鍵盤掃描模塊電路

鍵盤主要有矩陣式和獨立式兩種：①矩陣式：4X4矩陣式鍵盤電路，鍵盤按鍵正方形分布。這個鍵盤在鍵位默認(rèn)時候處于高電平；按下，改變電平，這個改變?nèi)Q與之連接的列線的電平值，它們之間是成正比例的，這就是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵所在；②獨立式：這個鍵盤顧名思義，就是每一個按鍵都有一根獨立的I/O線，互不干擾，輸入線電平可以得到按鍵是否按下。

方案比較：①矩陣式鍵盤：占用I/O口線較少，編程比較復(fù)雜；②獨立式鍵盤：電路簡單，編程簡單，占用I/O口線多。

因為本次基于單片機(jī)的16鍵多功能電子琴設(shè)計的琴鍵控制電路需要16個按鍵，因此，單純地從I/O口線的占用的角度去比較，獨立式鍵盤就需要占用16條I/O口線，而矩陣式鍵盤卻只需8條。所以，選擇矩陣式鍵盤電路，相對來說是比較合理的。

通常掃描方法類型是線反轉(zhuǎn)和行掃描法兩種，本次設(shè)計采取的是線反轉(zhuǎn)法，將列線作為輸出線，行線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時行線中呈低電平0的為按鍵所在行，如果全部都不是0，則沒有按鍵按下。將前面的行列狀態(tài)反過來，即將行線作為輸出線，列線作為輸入線。置輸出線全部為0，此時列線呈低電平的為按鍵所在的列。這樣，經(jīng)處理程序，就可以確定了按鍵的位置（X，Y），實現(xiàn)設(shè)計要求，如圖3所示，這就是原理圖。

圖3 鍵盤掃描模塊電路原理圖

2.3 數(shù)碼管顯示模塊電路

數(shù)碼管顯示模塊電路的關(guān)鍵器件是共陽級數(shù)碼管，圖4所示，I/O口電平變化，這時候二極管隨之亮或者滅，根據(jù)編碼顯示出相應(yīng)字符，操作人員學(xué)習(xí)起來效率高還方便。

圖4 數(shù)碼管顯示模塊電路原理圖

2.4 音頻處理模塊電路

對設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，增加一個電路，這個電路的功能是放大音頻功率。該次設(shè)計，電子琴的改進(jìn)放大電路是通過低壓音頻功率放大器（耗能低和增益明顯）實現(xiàn)的，這樣不但解決了驅(qū)動力低，還可以產(chǎn)生想要的音樂，這個原理如圖5所示，看出來模塊電路的具體工作。

圖5 音頻處理模塊電路原理圖

2.5 EEPROM存儲模塊電路

本電子琴加入了EEPROM用來存儲錄制的歌曲，如圖6 EEPROM存儲模塊電路原理圖所示，器件有一個保護(hù)就是寫保護(hù)，這個功能是通過IIC總線接口進(jìn)行操作完成的。

圖6 EEPROM存儲模塊電路原理圖