基于單片機的電子琴設(shè)計

董開茂 李紅嶺 杜志維 張月星 王家祺

摘要：本設(shè)計以AT89C51單片機為核心部件，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)計一個簡易電子琴。設(shè)計可以實現(xiàn)電子琴所具有的基本功能，且具有運行系統(tǒng)穩(wěn)定，造價成本低等多方面的優(yōu)勢，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：單片機;電子琴;鍵盤;音頻播放

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：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)計以AT89C51單片機為核心部件，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)計一種簡易電子琴[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，當依次按下鍵盤區(qū)的1-8號按鍵時，揚聲器就會依次發(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對應(yīng)顯示數(shù)字Do→1、Re→2、Mi→3、Fa→4、So→5、La→6、Si→7、高Do→8。

（2）自動播放功能[5]：要求在設(shè)計中設(shè)置1個開始播放按鍵和1個停止播放按鍵，當按下開始播放按鍵時，單片機就會立刻切換到播放音樂模式，播放提前存儲好的音樂，在播放過程中，若無停止播放鍵按下，則將音樂播放完畢后自動停止。若在播放過程中按下停止按鍵時，就立刻停止播放，回到初始狀態(tài)。

本設(shè)計將在完成這些功能的前提下，盡量保證該設(shè)計的流暢運行，確保低成本實現(xiàn)各項功能。

2 硬件電路設(shè)計

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)計方便的高性能集成芯片，且具有片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。AT89C51單片機是經(jīng)濟型低價位的微控制器，該芯片功耗低且靈活性強，諧波失真較小、性能穩(wěn)定，所以在本設(shè)計中選擇該芯片作為核心部件[6]。

2.2 鍵盤設(shè)計

鍵盤分為兩個部分，一部分是獨立音符按鍵，可以實現(xiàn)電子琴彈奏的功能，當依次按下時，電子琴會發(fā)出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si、Do（高音）8個獨立音符。一部分是功能按鍵，當自動播放鍵按下時，播放提前存儲好的完整音樂，當停止鍵按下時，中斷播放。另外，當某一按鍵被按下時，數(shù)碼管也會顯示出相應(yīng)的數(shù)字[7]。

2.3 顯示及揚聲設(shè)計

（1）顯示：本設(shè)計選用8段共陽極LED數(shù)碼管作為顯示，顯示方式采用動態(tài)顯示，并加上一個排阻，起限流作用，單片機通過查表得出相應(yīng)的段碼，LED數(shù)碼管就會依次顯示對應(yīng)的樂譜數(shù)字，以此達到數(shù)碼管和單片機的連接。

（2）揚聲：單片機揚聲的實質(zhì)是由脈沖信號驅(qū)動喇叭。由于單片機端口的驅(qū)動能力很弱，所以不能直接驅(qū)動揚聲器，所以在本設(shè)計中通過一個NPN型的三極管將單片機P1.0引腳輸出的方波信號進行放大處理，然后驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。

3 軟件設(shè)計

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

4 結(jié)語

本設(shè)計以單片機作為主控核心部件進行設(shè)計，利用簡單的鍵盤輸入和揚聲組合，能夠基本實現(xiàn)電子琴的各項功能。本設(shè)計力求用簡單的結(jié)構(gòu)完成精準的控制，具有較為可觀的實用價值。

參考文獻

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