基于Proteus的單片機(jī)電子琴的設(shè)計(jì)

和麗花 張海龍

（焦作市技師學(xué)院電氣工程系，河南 焦作 454003）

AT89C51單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的核心元件，利用其強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程語(yǔ)言，借助Proteus仿真軟件與Keil程序調(diào)試軟件相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)4×4點(diǎn)陣式鍵盤電路和揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)16個(gè)音調(diào)的音頻信號(hào)的輸出。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比高等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。

1 Proteus軟件簡(jiǎn)介

Proteus 軟件的功能非常強(qiáng)大，具有電路設(shè)計(jì)、PCB電路制版及仿真等多種功能，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且功能齊全，界面多彩，是近年來(lái)廣大電子設(shè)計(jì)愛好者難得的一個(gè)工具軟件。

2 工作原理

本系統(tǒng)是采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的16鍵電子琴。采用Proteus軟件制作的電子琴工作原理，如圖1所示?？刂埔螅?6個(gè)鍵是按照自上而下，從左到右的順序觸發(fā)系統(tǒng)，輸出3～4的16個(gè)音調(diào)的音頻信號(hào)，并將其顯示。當(dāng)按下16個(gè)鍵中的某一個(gè)鍵時(shí)，鍵碼有P3口輸入到單片機(jī)，單片機(jī)就識(shí)別外部被按鍵的鍵碼，查詢?cè)撴I碼在鍵碼表中所

在的相對(duì)位置，并將鍵碼由P0口輸出到數(shù)碼管中顯示，并用相對(duì)位置從簡(jiǎn)譜表中取出相應(yīng)的簡(jiǎn)譜碼，用取出的簡(jiǎn)譜碼去控制系統(tǒng)，由P1.0輸出相應(yīng)的音頻信號(hào)，直到鍵被松開才停下來(lái)。

3 硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)作為電子琴控制系統(tǒng)的核心部件，經(jīng)過(guò)精心考慮，本系統(tǒng)采用了美國(guó)ATMAL公司生產(chǎn)的產(chǎn)品AT89C51單片機(jī)。整個(gè)電路由單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，4×4點(diǎn)陣式鍵盤電路，鍵碼顯示電路，音頻輸出電路組成。4×4點(diǎn)陣式鍵盤電路，將16個(gè)按鍵排成4行4列，分別將每一行的每個(gè)按鍵的一端連接在一起構(gòu)成行線，將每個(gè)按鍵的另一端連接在一起構(gòu)成一根列線，這樣便一共8根線并連接到單片機(jī)的P3口上，通過(guò)程序掃描鍵盤可檢測(cè)16個(gè)按鍵，4×4點(diǎn)陣式鍵盤電路。鍵碼顯示電路是由1位共陰極數(shù)碼管組成，該電路是用來(lái)顯示單片機(jī)從16位簡(jiǎn)易鍵盤輸入數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換成的鍵碼，即當(dāng)按下“KEY0～KEYF”中的其中一個(gè)時(shí)，顯示電路顯示相應(yīng)的“0～F”的字符。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 音調(diào)控制。 當(dāng)鍵盤子程序掃描到有鍵按下并得到“0～F”鍵碼時(shí)，程序?qū)⑷〕鲆粋€(gè)與該鍵音調(diào)對(duì)于的16位數(shù)據(jù)作為定時(shí)器T0的計(jì)數(shù)初值，從而控制硬件電路輸出相應(yīng)音調(diào)的音頻信號(hào)。

4.2 音頻輸出控制。 音頻輸出時(shí)通過(guò)定時(shí)中斷并每中斷一次取反一次輸出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在此是采用控制T0工作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4.3 簡(jiǎn)譜碼的編制。本系統(tǒng)時(shí)利用定時(shí)器T0工作方式（16位計(jì)數(shù)器）的定時(shí)中斷不斷的對(duì)輸出位取反而振蕩產(chǎn)生音頻信號(hào)。因此，中斷的頻率是音頻頻率的1/2， 從而根據(jù)各音調(diào)的頻率計(jì)算出16 位（方式1）計(jì)算初值，這里的計(jì)數(shù)初值就稱為簡(jiǎn)譜碼。如“3.”的頻率f=330HZ，工作方式1計(jì)數(shù)單元的最大值為65536。則簡(jiǎn)譜碼（計(jì)數(shù)初值）=65536-(T/2)106=65536-106(2×330)=64021，同理可將其他音調(diào)的簡(jiǎn)譜碼編制出來(lái)。根據(jù)16個(gè)鍵按照鍵碼在鍵碼表中的順序.觸發(fā)系統(tǒng)，輸出3.～4的16個(gè)音調(diào)的音頻信號(hào)的控3.4.制要求，以及編輸出～的16個(gè)音調(diào)的簡(jiǎn)譜碼，并將0～F的順序排列，即可得到簡(jiǎn)譜碼表。

TABLE2:

DW 64021，64103，64260，64400，64524，64580，64684，64777

DW 64820，64898，64968，65030，65058，65110，65157，65178

4.4 程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)采用模塊化編程方法。軟件由主程序、子程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序組成。主程序和子程序完成按鍵掃描、顯示功能；定時(shí)中斷服務(wù)程序用于實(shí)現(xiàn)音頻振蕩輸出功能，并實(shí)時(shí)更新顯示數(shù)據(jù)。

5 仿真調(diào)試

基于Proteus與Keil軟件相結(jié)合所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用Proteus軟件制作的電子琴工作原理圖。通過(guò)Keil軟件編制的程序并將其編譯成目標(biāo)代碼文件（即*.HEX），進(jìn)入Proteus軟件制作的電子琴工作原理圖，雙擊單片機(jī)AT89C51，彈出“編輯元件屬性”對(duì)話框，在“Program File”欄中選擇要加載的目標(biāo)代碼文件，然后點(diǎn)擊確定，最后，返回Proteus主界面，點(diǎn)擊軟件左下角的“運(yùn)行”控制按鈕并執(zhí)行仿真功能，按照控制要求進(jìn)行控制便可以在電子琴工作原理圖上看到最終的運(yùn)行效果，運(yùn)行效果圖

結(jié)語(yǔ)

基于單片機(jī)的電子琴控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，AT89C51單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的核心元件，以Proteus仿真軟件與Keil程序調(diào)試軟件相結(jié)合構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，既可以模擬單片機(jī)控制電路的運(yùn)行效果又可以大大的降低設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比高等特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值，解決了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾。對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的幫助。

[1]Proteus軟件英文簡(jiǎn)介.

[2]李朝青，等.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[3]周立功，陳明計(jì)，王祖麟，等.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)--單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.