單片機(jī)電子琴設(shè)計(jì)

馬巍

摘 要：電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子琴，利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制和靈活的編程功能，產(chǎn)生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子琴；音階

本文設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為簡(jiǎn)易電子琴，基本要求為能夠發(fā)出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個(gè)音階皆可。

一、硬件電路

本設(shè)計(jì)要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

■

單片機(jī)P2口為接口，接有一組共8個(gè)按鍵。這8個(gè)按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機(jī)的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發(fā)中音Do，若按下S2，則發(fā)中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。電路中由P1.0口控制一個(gè)LM386功率放大器，經(jīng)功率放大器控制發(fā)聲器件蜂鳴器（喇叭）。當(dāng)P1.0口輸出為低電平時(shí)，功率放大器導(dǎo)通，蜂鳴器（喇叭）通電；當(dāng)P1.0口輸出為高電平時(shí)，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續(xù)不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發(fā)出一定頻率的聲音。

單片機(jī)內(nèi)部由大量的時(shí)序電路構(gòu)成，沒有時(shí)鐘脈沖即“脈搏”的跳動(dòng)，單片機(jī)的各個(gè)部分將無法工作。所以在單片機(jī)的內(nèi)部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機(jī)的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個(gè)完整的振蕩器即“心臟”就構(gòu)成了，只要接通電源，這個(gè)心臟的脈搏就會(huì)按固定頻率開始跳動(dòng)。晶振的頻率決定了單片機(jī)的快慢，本次設(shè)計(jì)中晶振的頻率是12MHz。

單片機(jī)9腳RST端口接入一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)此引腳連接高電平超過2個(gè)機(jī)器周期（1個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘脈沖），即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以12MHz的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈沖為1/12μs，2個(gè)機(jī)器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個(gè)可讓該引腳上產(chǎn)生一個(gè)2μs以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。

本次設(shè)計(jì)中我們可以預(yù)留一個(gè)口作為擴(kuò)展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產(chǎn)生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個(gè)頻率之間滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個(gè)音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調(diào)是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個(gè)音Do的頻率，就確定了音調(diào)。通過改變單片機(jī)輸出脈沖高低電平的保持時(shí)間和頻率，就可以得到音階和調(diào)節(jié)不同的音調(diào)。本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)的晶振為12MHz，則機(jī)器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時(shí)時(shí)間（X為TH0，TL0的定時(shí)初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數(shù)器定時(shí)1912μs/2=956μs，每到定時(shí)956μs時(shí)就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)算初值。如下表：

電子琴音符與單片機(jī)頻率的關(guān)系

■

三、軟件設(shè)計(jì)思路

在主程序中，首先定時(shí)器T0初始化，然后關(guān)閉定時(shí)器T0，通過掃描鍵盤進(jìn)行按鍵的識(shí)別。讀P2口的狀態(tài)，若有按鍵按下，則延時(shí)10ms去抖動(dòng)，再讀P2口的狀態(tài)判斷是幾號(hào)按鍵按下，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，查表得相應(yīng)按鍵的定時(shí)初值，啟動(dòng)定時(shí)器T0將不同按鍵所對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)發(fā)送到集成運(yùn)放中放大，最后送給喇叭發(fā)出對(duì)應(yīng)的音階的聲音。程序隨后繼續(xù)掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態(tài)，則定時(shí)器T0繼續(xù)保持工作狀態(tài)，直到按鍵松開，定時(shí)器T0停止工作，返回初始狀態(tài)，等待下一次的掃描按鍵結(jié)果。當(dāng)程序中斷時(shí)，程序保存現(xiàn)場(chǎng)，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設(shè)計(jì)的電子琴做成實(shí)物，能夠?qū)崿F(xiàn)彈奏音樂的功能。

摘 要：電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子琴，利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制和靈活的編程功能，產(chǎn)生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子琴；音階

本文設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為簡(jiǎn)易電子琴，基本要求為能夠發(fā)出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個(gè)音階皆可。

一、硬件電路

本設(shè)計(jì)要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

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單片機(jī)P2口為接口，接有一組共8個(gè)按鍵。這8個(gè)按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機(jī)的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發(fā)中音Do，若按下S2，則發(fā)中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。電路中由P1.0口控制一個(gè)LM386功率放大器，經(jīng)功率放大器控制發(fā)聲器件蜂鳴器（喇叭）。當(dāng)P1.0口輸出為低電平時(shí)，功率放大器導(dǎo)通，蜂鳴器（喇叭）通電；當(dāng)P1.0口輸出為高電平時(shí)，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續(xù)不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發(fā)出一定頻率的聲音。

單片機(jī)內(nèi)部由大量的時(shí)序電路構(gòu)成，沒有時(shí)鐘脈沖即“脈搏”的跳動(dòng)，單片機(jī)的各個(gè)部分將無法工作。所以在單片機(jī)的內(nèi)部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機(jī)的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個(gè)完整的振蕩器即“心臟”就構(gòu)成了，只要接通電源，這個(gè)心臟的脈搏就會(huì)按固定頻率開始跳動(dòng)。晶振的頻率決定了單片機(jī)的快慢，本次設(shè)計(jì)中晶振的頻率是12MHz。

單片機(jī)9腳RST端口接入一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)此引腳連接高電平超過2個(gè)機(jī)器周期（1個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘脈沖），即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以12MHz的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈沖為1/12μs，2個(gè)機(jī)器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個(gè)可讓該引腳上產(chǎn)生一個(gè)2μs以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。

本次設(shè)計(jì)中我們可以預(yù)留一個(gè)口作為擴(kuò)展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產(chǎn)生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個(gè)頻率之間滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個(gè)音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調(diào)是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個(gè)音Do的頻率，就確定了音調(diào)。通過改變單片機(jī)輸出脈沖高低電平的保持時(shí)間和頻率，就可以得到音階和調(diào)節(jié)不同的音調(diào)。本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)的晶振為12MHz，則機(jī)器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時(shí)時(shí)間（X為TH0，TL0的定時(shí)初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數(shù)器定時(shí)1912μs/2=956μs，每到定時(shí)956μs時(shí)就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)算初值。如下表：

電子琴音符與單片機(jī)頻率的關(guān)系

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三、軟件設(shè)計(jì)思路

在主程序中，首先定時(shí)器T0初始化，然后關(guān)閉定時(shí)器T0，通過掃描鍵盤進(jìn)行按鍵的識(shí)別。讀P2口的狀態(tài)，若有按鍵按下，則延時(shí)10ms去抖動(dòng)，再讀P2口的狀態(tài)判斷是幾號(hào)按鍵按下，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，查表得相應(yīng)按鍵的定時(shí)初值，啟動(dòng)定時(shí)器T0將不同按鍵所對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)發(fā)送到集成運(yùn)放中放大，最后送給喇叭發(fā)出對(duì)應(yīng)的音階的聲音。程序隨后繼續(xù)掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態(tài)，則定時(shí)器T0繼續(xù)保持工作狀態(tài)，直到按鍵松開，定時(shí)器T0停止工作，返回初始狀態(tài)，等待下一次的掃描按鍵結(jié)果。當(dāng)程序中斷時(shí)，程序保存現(xiàn)場(chǎng)，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設(shè)計(jì)的電子琴做成實(shí)物，能夠?qū)崿F(xiàn)彈奏音樂的功能。

摘 要：電子琴是現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子琴，利用單片機(jī)強(qiáng)大的控制和靈活的編程功能，產(chǎn)生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子琴；音階

本文設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為簡(jiǎn)易電子琴，基本要求為能夠發(fā)出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個(gè)音階皆可。

一、硬件電路

本設(shè)計(jì)要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

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單片機(jī)P2口為接口，接有一組共8個(gè)按鍵。這8個(gè)按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機(jī)的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發(fā)中音Do，若按下S2，則發(fā)中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。電路中由P1.0口控制一個(gè)LM386功率放大器，經(jīng)功率放大器控制發(fā)聲器件蜂鳴器（喇叭）。當(dāng)P1.0口輸出為低電平時(shí)，功率放大器導(dǎo)通，蜂鳴器（喇叭）通電；當(dāng)P1.0口輸出為高電平時(shí)，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續(xù)不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發(fā)出一定頻率的聲音。

單片機(jī)內(nèi)部由大量的時(shí)序電路構(gòu)成，沒有時(shí)鐘脈沖即“脈搏”的跳動(dòng)，單片機(jī)的各個(gè)部分將無法工作。所以在單片機(jī)的內(nèi)部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機(jī)的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個(gè)完整的振蕩器即“心臟”就構(gòu)成了，只要接通電源，這個(gè)心臟的脈搏就會(huì)按固定頻率開始跳動(dòng)。晶振的頻率決定了單片機(jī)的快慢，本次設(shè)計(jì)中晶振的頻率是12MHz。

單片機(jī)9腳RST端口接入一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)此引腳連接高電平超過2個(gè)機(jī)器周期（1個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘脈沖），即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。以12MHz的時(shí)鐘脈沖為例，每個(gè)時(shí)鐘脈沖為1/12μs，2個(gè)機(jī)器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個(gè)可讓該引腳上產(chǎn)生一個(gè)2μs以上的高電平脈沖，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。

本次設(shè)計(jì)中我們可以預(yù)留一個(gè)口作為擴(kuò)展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產(chǎn)生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個(gè)頻率之間滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個(gè)音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調(diào)是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個(gè)音Do的頻率，就確定了音調(diào)。通過改變單片機(jī)輸出脈沖高低電平的保持時(shí)間和頻率，就可以得到音階和調(diào)節(jié)不同的音調(diào)。本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)的晶振為12MHz，則機(jī)器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時(shí)時(shí)間（X為TH0，TL0的定時(shí)初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數(shù)器定時(shí)1912μs/2=956μs，每到定時(shí)956μs時(shí)就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)算初值。如下表：

電子琴音符與單片機(jī)頻率的關(guān)系

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三、軟件設(shè)計(jì)思路

在主程序中，首先定時(shí)器T0初始化，然后關(guān)閉定時(shí)器T0，通過掃描鍵盤進(jìn)行按鍵的識(shí)別。讀P2口的狀態(tài)，若有按鍵按下，則延時(shí)10ms去抖動(dòng)，再讀P2口的狀態(tài)判斷是幾號(hào)按鍵按下，并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，查表得相應(yīng)按鍵的定時(shí)初值，啟動(dòng)定時(shí)器T0將不同按鍵所對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)發(fā)送到集成運(yùn)放中放大，最后送給喇叭發(fā)出對(duì)應(yīng)的音階的聲音。程序隨后繼續(xù)掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態(tài)，則定時(shí)器T0繼續(xù)保持工作狀態(tài)，直到按鍵松開，定時(shí)器T0停止工作，返回初始狀態(tài)，等待下一次的掃描按鍵結(jié)果。當(dāng)程序中斷時(shí)，程序保存現(xiàn)場(chǎng)，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設(shè)計(jì)的電子琴做成實(shí)物，能夠?qū)崿F(xiàn)彈奏音樂的功能。