基于單片機的簡易電子琴設計

柴春柳+孫德龍+陳智偉

【摘要】 設計了一種基于單片機簡易電子琴，以STC89C52單片機為控制核心，輔以一些外圍設備，使用C語言程序，可以實現八音階，內置的電子音樂曲目實現了基于單片機的鍵盤設計。整個系統的電路結構清晰簡單，可靠性能良好，測試結果充分滿足設計要求。

【關鍵詞】 單片機 電子琴 設計

伴隨著電子技術和計算機技術的超高速發展，單片機的功能健全，具有成本效益的價格顯著增強，技術改進。由于單片機具有體積小，價格便宜，功耗低，超強的控制功能和操作速率等，和在國民經濟建立建設、軍事科技和家用電器等領域具有廣泛的應用。社會的飛速發展，人們對視覺、聽覺都有著越來越高的要求。小鍵盤能帶給人們快樂的記憶，增強人們的精神和文化的享受。本文以單片機為核心元件，以單片機為核心元件設計，體積小，重量輕，可演奏和弦音樂，演奏用八音音階，易于使用，并具有一定的商業價值。

一、設計方案

本設計的最最主要內容是利用STC89C52單片機為核心控制元件，設計一個鍵盤。以單片機為控制核心，以鍵盤、揚聲器、數碼管等外設模塊為主，最后實現了一種基于單片機的鍵盤設計。音樂是由許多不同的尺度，每個刻度對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，音樂可以使我們當然想要什么，單片機來產生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時計數器T0產生這樣的方波頻率信號，因此，只要我們把歌尺度對應關系的正確的頻率。

二、設計要求

設計并制作一個功能穩定，外觀簡潔的電子琴，基本的要求有：1）充分利用I/O口產生的一定頻率的方波，使用LM386型功放驅動揚聲器，從而發出不同音調，從而演奏出不同的樂曲。2）可以實現最少7個音調鍵的彈奏。3）內置歌曲數量不少于3首。4）要有指示設備，能將當前音樂播放的音調值顯示出來。5）可以通過按鍵進行曲目的選擇和停止播放等功能。6）由于按鍵使用機械開關的結構，機械的觸點彈性以及電壓不穩定的原因，一般在觸點閉合時或斷開時的瞬間會出現電壓的抖動。為確保鍵識別的準確和穩定，在電壓的信號抖動狀態下不能夠進行狀態的輸入。

三、系統硬件設計

系統使用STC89C52單片機用作為核心的元器件，并且配合的使用了電阻電容晶振等高科技器件，從而構成了單片機的最小系統原理。單片機一般情況下工作于12MHZ時鐘的頻率，并且使用其定時/計數器T0，并且工作的模式為1，從而使其改變計數值TH0和TL0并且可以發出并產生不同頻率的脈沖的信號采樣。使得其它的模塊圍繞著單片機展開。

輸入部分共有兩部分，第一部分是彈奏輸入，第二部分是控制輸入。彈奏輸入是由8個獨立按鍵構成的，總共可以可彈奏出來8個音調，由于咱們的設計實現出的音樂發生器是由用戶通過使用鍵盤輸入和彈奏樂曲的，所以節拍由用戶自己掌握，不由程序來控制。對于控制的輸入，就只有1個按鍵，功能主要是播放內置音樂和切歌。

四、系統軟件設計

程序運行后先判斷八個音調鍵是否有被按下，是的話，則根據不同的音調鍵，播放不同的音調。接著判斷“下一曲”按鍵是否有被按下，是的話則把歌曲切換到下一曲，然后播放一首完整的音樂。然后又回到最前面的音調按鍵判斷，依此循環。

五、調試

1、 硬件調試。硬件調試主要是在系統通電之前，仔細檢查安裝元器件是否錯安、漏安，線路連接是否正確。主要工具是萬用表和烙鐵等工具，主要是為了排查板子焊錯線、焊少線、短路和斷路等情況。可通過電壓、電流、電阻等物理量的測量，再進行推測，以免通電后對元件造成傷害。

2、軟件調試。軟件調試是在硬件調試完成之后，對其進行同步模擬。最初階段就是把各個子程序模塊進行分別調試，在調試過程中進行查看變量和更改數值等。確保各個模塊的子程序的正確與平穩運行，進而使主程序和整個程序都能平穩運行。

結語：設計一種基于STC89C52單片機為核心控制芯片。在發音硬件的選擇，摒棄了蜂鳴器，而采用了功放LM386加揚聲器的組合，音質比單純采用蜂鳴器好很多。彈奏鍵盤則采用鼠標按鍵來代替普通的按鍵，鼠標按鍵無論在外形、手感、還是質量上，都更加適合作為電子琴的彈奏按鍵；另外，還設有2個功能按鍵，通過單片機IO口控制采集按鍵的狀態，實現歌曲的切換和復位等功能。顯示設備則采用一位共陽數碼管，通過單片機P0口給出數據信號，可以通過數碼管查看當前正在播放的音調編號。

參 考 文 獻

[1]謝自美.電子線路設計·實驗·測試（第二版）.武漢：華中理工出版社，2000.

[2]張友德：單片微型機原理、應用和實驗、電子工業出版社.

[3]吳經國：單片機應用技術，中國電力出版社.

[4]李群芳：單片機微型計算機與接口技術，電工業出版社.

[5]王吉鵬等：微機原理與接口技術，高等教育出版社.

[6]張曄等：單片機應用技術，高等教育出版社.