簡易電子琴設計

熊　杰　彭　力　薛德恒　何小龍

摘要:文章主要探討利用單片機、8255A、8279等芯片設計一個簡易電子琴系統(tǒng),實現(xiàn)演奏和顯示功能。針對聲音產(chǎn)生的規(guī)律,系統(tǒng)建立了播放不同音調(diào)的音符所需的音階表、音長表,并規(guī)定了音符的編碼格式,由鍵盤控制,使電子琴系統(tǒng)具有自動演奏和手動彈奏功能。

關鍵詞:電子琴;8255A;8279

中圖分類號:TN709文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)10-0033-01

音樂是由一個個音符組成,而音符可通過對定時器送入不同的初值,調(diào)節(jié)定時器的溢出時間,輸出頻率可控的方波產(chǎn)生。通常電子琴具備自動播放和手動彈奏的功能,本系統(tǒng)在此基礎上增加顯示功能,從而使其功能更加完備。

1系統(tǒng)的基本原理

本設計主要利用單片機中的定時器中斷、8279顯示、8255A管理鍵盤以及喇叭實現(xiàn)了演奏和顯示功能。針對聲音有音階、音調(diào)和音長三種基本特性,通過對定時器T1送入不同的初值,調(diào)節(jié)T1的溢出時間,輸出頻率可控的方波,從而控制不同音階的音調(diào)高低。而對于音長的控制,則可以向定時器T0送入一個固定初值,通過控制定時器中斷循環(huán)的次數(shù),來實現(xiàn)對發(fā)音時間長短的控制。對于音符和曲目的顯示,主要通過讀入鍵值,判斷所選曲目或音符,輸出到8279上顯示。無論是手動演奏還是自動演奏,都涉及到對鍵盤的掃描,本系統(tǒng)采用8255來管理鍵盤,實現(xiàn)相應的處理。

2系統(tǒng)硬件電路組成

針對電子琴系統(tǒng)具有演奏和顯示功能的要求,將整個系統(tǒng)的硬件電路主要分為顯示電路、鍵盤輸入電路和喇叭驅(qū)動電路三部分。其中,由8279控制曲目和音符的顯示,將其數(shù)據(jù)口地址設置為0FF80H,狀態(tài)口地址設為0FF82H。用8255來管理鍵盤,控制鍵值的讀入,其片選端地址設置為8700H。另外,用撥動開關K1連接到P3.2口控制手動和自動狀態(tài)的選取,將P3.5作為信號輸出端,接喇叭驅(qū)動電路。

3系統(tǒng)軟件設計

①對音調(diào)的控制:根據(jù)不同的按鍵,對定時器T1送入不同的初值,調(diào)節(jié)T1的溢出時間,這樣就可以輸出不同音調(diào)頻率的方波。不同音調(diào)下各個音階的定時器初值如表1所示。

②對音長的控制:先向定時器T0送入一個固定初值,控制中斷循環(huán)的次數(shù),從而得到成倍數(shù)關系的時間間隔。按一拍0.64S計算,取1/16拍為最小間隔,即0.04S,為此設定T0的初值為63C0。

③樂譜的編碼規(guī)則:對于每個音符,定義用8位二進制數(shù)表示。其中,最高位為1的字符為結(jié)束符,當讀到最高位為1時,停止播放;低3位存儲音階碼,即音階表的列數(shù),可為000B～111B (1～7和休止符),休止符表示停頓,不發(fā)音,只有時間長短屬性;第3位和第4位存儲音高碼,即音階表的行數(shù),可為00B～10B;第5位和第6位存儲音長碼,即中斷次數(shù),可為00B～10B。

對演奏的控制:在手動演奏時,規(guī)定先按音調(diào)鍵,后按音階鍵。每次音階鍵按下時,調(diào)用鍵盤掃描子程序,獲得鍵值,查詢音階表,獲取定時器T1的計時初值,向喇叭輸入相應頻率的驅(qū)動脈沖,發(fā)出相應的聲音,若按鍵沒有松開,則一直發(fā)聲;若按鍵松開,則停止發(fā)聲。

在自動演奏時,通過選曲鍵來確定要播放的音樂,根據(jù)鍵值查詢曲目表獲取所點歌曲的首地址,依次讀取歌曲的代碼,獲得音階、音調(diào)和音長信息,播放相應的音樂。當讀到結(jié)束符時,停止播放音樂。

4結(jié)論

本電子琴系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了自動播放和手動演奏功能。通過鍵盤的控制,能隨時在手動模式和自動模式間相互切換,并且在播放音樂的同時,將相應的字符在數(shù)碼管上顯示出來,而單音符的發(fā)音時間長短可由鍵盤按鍵所按時間控制。

參考文獻:

[1] 劉同法.單片機外圍接口電路與工程實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009.

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