基于51單片機的電子琴設(shè)計27頁

1、目 錄一、設(shè)計電子琴的作用與目的1二、電子琴設(shè)計要求1三、電子琴設(shè)計所用設(shè)備及軟件2四、電子琴系統(tǒng)設(shè)計方案2五、電子琴系統(tǒng)硬件設(shè)計35.1 琴鍵控制電路35.1.1 矩陣式鍵盤35.1.2 獨立式鍵盤45.1.3 方案比較45.2 數(shù)碼管顯示電路55.2.1 LED數(shù)碼管顯示原理55.2.2 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示55.2.3 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示65.2.4 方案比較75.3 音頻功放電路75.4 時鐘-復(fù)位電路85.4.1 時鐘電路85.4.2 復(fù)位電路85.5 電源電路95.6 整體電路10六、電子琴系統(tǒng)軟件設(shè)計106.1 系統(tǒng)硬件接口定義106.2 主函數(shù)106.3 初始化函數(shù)116.4

2、 數(shù)碼管顯示函數(shù)116.5 中斷函數(shù)116.6 鍵值掃描函數(shù)126.7 音頻處理函數(shù)13七、電子琴設(shè)計調(diào)試147.1 調(diào)試工具147.2 調(diào)試結(jié)果147.3 電子琴設(shè)計中的問題及解決方法15八、電子琴設(shè)計總結(jié)15參考文獻17附錄1：電子琴系統(tǒng)原理圖18附錄2：源程序19基于51單片機的電子琴設(shè)計基于51單片機的電子琴設(shè)計在電子音樂領(lǐng)域，電子音調(diào)作為現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，它在現(xiàn)代音樂中扮演著重要的角色。目前，由于電子音樂的普及，電子音調(diào)合成器（合成器實際上就是一臺聲音的頻率合成儀，可以制作各種聲音，改變各種音色）可以解決相當(dāng)一部分的歌唱及舞廳的伴奏問題。其中，電子琴就是一種新型的鍵盤電子

3、樂器。一、設(shè)計電子琴的作用與目的音樂教育是學(xué)校美育的主要途徑和最重要內(nèi)容，它在陶冶情操、提高素養(yǎng)、開發(fā)智力，特別是在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力方面發(fā)揮著獨特的作用。近年來，我國音樂教育在理論與實踐上都取得了有目共睹的成績，探索并形成了具有中國特色的、較為完整的音樂教育教學(xué)體系。但我國音樂教育的改革力度離素質(zhì)教育發(fā)展的要求還存在一定距離。如今，電子琴作為電子時代的新產(chǎn)物以其獨特的功能和巨大的兼容性被人們廣泛的接受和推崇。而在課堂教學(xué)方面，它擁有其它樂器無法比擬的兩個瞬間：瞬間多元素思維的特殊的彈奏方法；瞬間多聲部(包括多音色 )展示的樂隊音響效果的特點。結(jié)合電子琴自身強大的功能及獨特的優(yōu)點來進行

4、音樂教育的實施，這樣就應(yīng)該大力推廣電子琴進入音樂教室，讓電子琴教學(xué)在音樂教育中發(fā)揮巨大的作用?，F(xiàn)代樂器中，電子琴是高新科技在音樂領(lǐng)域的一個代表，體現(xiàn)了人類電子技術(shù)和藝術(shù)的完美結(jié)合。電子琴自動伴奏的穩(wěn)定性、準確性，以及鮮明的強弱規(guī)律、隨人設(shè)置的速度要求，都更便于人們由易到難、深入淺出的準確掌握歌曲節(jié)奏和樂曲風(fēng)格，對其節(jié)奏的穩(wěn)定性和準確性訓(xùn)練能起到非常大的作用。電子琴所包含的巨量的音樂信息和強大的音樂表現(xiàn)力可以幫助音樂教學(xué)更好地貫徹和落實素質(zhì)教育，更有效地提高人們的音樂素質(zhì)和能力。目前，市場上的電子琴可謂琳瑯滿目，功能也是越來越完備。以單片機作為主控核心，設(shè)計并制作的電子琴系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其優(yōu)點是硬

5、件電路簡單、軟件功能完善、控制系統(tǒng)可靠、性價比較高等，具有一定的實用與參考價值。這就為電子琴的普及提供了方便。二、電子琴設(shè)計要求本設(shè)計主要是用AT89C51單片機為核心控制元件，設(shè)計一臺電子琴。以單片機作為主控核心，與鍵盤、揚聲器等模塊組成核心主控制模塊，在主控模塊上設(shè)有8個按鍵和1個復(fù)位按鍵。本系統(tǒng)主要是完成2大功能：音樂自動播放、電子琴彈奏。關(guān)于聲音的處理，使用單片機C語言，利用定時器來控制頻率，而每個音符的符號只是存在自定義的表中。總之，本設(shè)計的電子琴有以下要求：（1）用鍵盤作出電子琴的按鍵，共7個，每鍵代表1個音符。各音符按照符合電子 琴的按鍵順序排列；（2）達到電子琴的基本功能，可以

6、用彈奏出簡單的樂曲；（3）不彈奏時，利用功能鍵可以播放內(nèi)置音樂。三、電子琴設(shè)計所用設(shè)備及軟件 本設(shè)計除了需要計算機，還會用到三款軟件：作圖軟件Protel99SE、仿真軟件Proteus、編程軟件Keil uVision4。關(guān)于這三種軟件的簡介如表1所示。表1 軟件簡介軟件名稱軟件圖標(biāo)主要特點作用備注Protel99SEProtel99SE是PC環(huán)境下以獨特設(shè)計管理和協(xié)作技術(shù)為核心的印制電路板設(shè)計軟件系統(tǒng)，是基于Windows 95/98/2000/NT的全32位EDA設(shè)計系統(tǒng)。它主要采用了SmartDoc技術(shù)、SmartTool技術(shù)、SmartTeam技術(shù)。繪制電路圖和PCB板Proteus

7、Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能，諸如：原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真。除此之外還有一些革命性的特點：互動的電路仿真、仿真處理器及其外圍電路。數(shù)字電路仿真Keil uVision4uVision4在uVision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能：多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng)；系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息；調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局；多項目工作區(qū)簡化與眾多的項目。編寫程序四、電子琴系統(tǒng)設(shè)計方案本系統(tǒng)采用AT89C51為主控芯片，因其精度較高，操作比較靈活，輸入電路和輸出電路由芯片來進行處理，電路的系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，功耗小。其中，輸入

8、電路有8個獨立按鍵，通過按鍵隨意按下所要表達的音符，作為電平送給主體電路，中央處理器通過識別，解碼輸出音符，在揚聲器中發(fā)出有效的聲音。由于需要顯示的信息不多，顯示電路未采用液晶屏顯示，而是使用數(shù)碼管顯示電路負責(zé)顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值，這樣既節(jié)省了成本了，又降低了編程難度。時 鐘復(fù)位電路琴 鍵控制電路音 頻功放電路數(shù)碼管顯示電路 51單片機圖1 基于51單片機的電子琴電路的原理框圖如圖1所示基于單片機AT89C51的電子琴電路，它主要由琴鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和電源電路五部分所構(gòu)成。 五、電子琴系統(tǒng)硬件設(shè)計基于單片機AT89C51的電子琴電路由琴鍵

9、控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和電源電路五部分所構(gòu)成。琴鍵控制電路采用了8輸入與門芯片CD4068B，收集8個獨立按鍵的開關(guān)狀態(tài)信號，并觸發(fā)單片機的外部中斷來處理；而數(shù)碼管顯示電路負責(zé)顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值；同時，音頻功放電路也會播放琴鍵對應(yīng)的音調(diào)；電源電路為整個電路提供能源。5.1 琴鍵控制電路琴鍵控制電路作為人機聯(lián)系的輸入部分，也是間接控制數(shù)碼顯示和音頻功放的重要組成部分。鍵盤按照連接方式可以分為獨立式和矩陣式鍵盤兩類。5.1.1 矩陣式鍵盤矩陣式（也稱行列式）鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。由于矩陣式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵彼此將相互發(fā)

10、生影響，所以必須將行、列線信號配合，才能確定閉合鍵位置。相對于獨立式鍵盤而言，軟件上編程會稍微復(fù)雜些。如圖2所示為4X4矩陣式鍵盤電路，由一個4X4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個16個按鍵鍵盤，再結(jié)合芯片74LS20來觸發(fā)中斷。在按鍵數(shù)目較多的場合，要節(jié)省較多的I/O口線。圖2 矩陣式鍵盤電路矩陣中無按鍵按下時，行線為高電平；當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線的電平也為高，這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。5.1.2 獨立式鍵盤圖3 獨立式鍵盤電路獨立式鍵盤的特點是一鍵一線，各鍵相互獨立，每個鍵各接一條I/O口線

11、，通過檢測I/O輸入線的電平狀態(tài)，可判斷出被按下的按鍵。顯而易見，這樣電路簡單，各條檢測線獨立，識別按下按鍵的軟件編寫簡單。適用于鍵盤按鍵數(shù)目較少的場合，不適用于鍵盤按鍵數(shù)目較多的場合，因為將占用較多的I/O口線。獨立式鍵盤電路如圖3所示，8個獨立按鍵分別對應(yīng)一個I/O口線，當(dāng)某一按鍵按下時，對應(yīng)的檢測線就變成了低電平，與其它按鍵相連的檢測線仍為高電平，只需讀入I/O輸入線的狀態(tài)，判別哪一條I/O輸入線為低電平，很容易識別哪個鍵被按下。同時采用了8輸入與門芯片CD4068B，收集8個獨立按鍵的開關(guān)狀態(tài)信號，并觸發(fā)單片機的外部中斷來處理，大大提高了單片機CPU的利用率。5.1.3 方案比較對于以

12、上兩種電路的的優(yōu)缺點比較如表2所示。由于此次設(shè)計的琴鍵控制電路需要8個按鍵，故單純從I/O口線的占用的角度比較，獨立式需要占用8條I/O口線，而矩陣式卻只需6條。但是從程序編寫的難易程度來看，若使用矩陣鍵盤電路來設(shè)計會比獨立式鍵盤電路難一些，故選擇獨立式鍵盤電路比較合理。表2 獨立式和矩陣式的的優(yōu)缺點比較鍵盤類型優(yōu)點缺點獨立式編程簡單一鍵一線，占用I/O口線多矩陣式占用I/O口線較少，尤其是在按鍵數(shù)目多的時候優(yōu)勢明顯編程比較復(fù)雜5.2 數(shù)碼管顯示電路5.2.1 LED數(shù)碼管顯示原理圖4 八段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管縮寫。LED數(shù)碼管是由

13、發(fā)光二極管構(gòu)成的。常見的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計8段。它由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點發(fā)光二極管組成，每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。一般來說分共陽極和共陰極兩種接法，如圖4所示為八段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及外形。共陽極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，公共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。反之，共陰極發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常公共陰極接地。當(dāng)陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。   LED數(shù)碼管的a至g七個發(fā)光二極管因接得電壓不同而導(dǎo)致不同亮暗的組合就能形成不同的字形，這種組合稱之為字形碼，如表3所示為八段LED數(shù)碼管

14、的字形碼表。表3 八段LED數(shù)碼管的字形碼表顯示字符共陰極共陽極顯示字符共陰極共陽極03FHC0Hb7CH83H106HF9HC39HC6H258HA4Hd5EHA1H34FHB0HE79H86H466H99HF71H8EH56DH92HH76H89H67DH82HL38HC7H707HF8HP73H8CH87FH80HU3EHC1H967H90H.80H7FHA77H88H5.2.2 LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示方式即無論多少位LED數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)。各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或接+5V）；每位的段碼線（adp）分別與一個8位的I/O口鎖存器輸出相連。如果送往各個LE

15、D數(shù)碼管所顯示字符的段碼一經(jīng)確定，則相應(yīng)I/O口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。由此可知：靜態(tài)顯示方式的顯示無閃爍，亮度都較高，軟件控制比較容易。另外，在顯示位數(shù)較多的情況下，所需的電流比較大，對電源的要求也就隨之增高，這時一般都采用動態(tài)顯示方式。如圖5所示為四位七段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路。圖5 四位七段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路5.2.3 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示靜態(tài)顯示方式就是無論在任何時刻只有一個LED數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，即單片機采用“掃描”方式控制各個數(shù)碼管輪流顯示。在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有顯示位的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而

16、各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時選通。如圖6所示為四位七段數(shù)碼管動態(tài)顯示電路。圖6 四位七段數(shù)碼管動態(tài)顯示電路動態(tài)顯示的優(yōu)點是硬件電路簡單，顯示器越多，優(yōu)勢越明顯。缺點是顯示亮度不如靜態(tài)顯示的亮度高。如果“掃描”速率較低，會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。5.2.4 方案比較對于以上兩種數(shù)碼管驅(qū)動電路的的優(yōu)缺點比較如表4所示。由于靜態(tài)驅(qū)動方式的顯示無閃爍，亮度較高，編程簡單，加上本次設(shè)計的數(shù)碼管顯示電路只需要1個數(shù)碼管，故選擇靜態(tài)驅(qū)動方式來顯示數(shù)碼管更為合理。如圖7所示為數(shù)碼管顯示電路，采用靜態(tài)驅(qū)動方式和共陽極接法，滿足本次設(shè)計要求。表4 兩種數(shù)碼管驅(qū)動電路的的優(yōu)缺點比較驅(qū)動方式優(yōu)點

17、缺點靜態(tài)顯示顯示無閃爍，亮度較高，編程簡單數(shù)碼管越多，所需的電流越大，電源的要求越高動態(tài)顯示電路簡單，數(shù)碼管越多，優(yōu)勢越明顯不如靜態(tài)顯示的亮度高，可能出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象圖7 數(shù)碼管顯示電路圖8 音頻功放電路5.3 音頻功放電路如圖8所示音頻功放電路，它主要由音頻集成功放芯片LM386和揚聲器組成。其中，LM386作為一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。電位器Rp是用來調(diào)節(jié)聲音的大小。5.4 時鐘-復(fù)位電路5.4.1 時鐘電路時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路

18、有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。圖9 時鐘電路AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖9是AT89S51內(nèi)部時鐘方式的電路，C1和C2的典型值通常選擇為30pF，石英晶體常選6MHz或12MHz的。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式做時鐘電路。5.4.2 復(fù)位電路單片機的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就使AT89C51復(fù)位。這些操作都是由復(fù)位電路來實現(xiàn)。在單片機的實用系統(tǒng)中，一般有兩種復(fù)位操作形式：上

19、電復(fù)位和手動復(fù)位。圖10 復(fù)位電路上電復(fù)位在單片機系統(tǒng)每次通電時執(zhí)行。上電時，電容C 充電加給RST引腳一個短的高電平信號，此信號隨著VCC對電容C 的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容C 充電時間。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，RST引腳上的高電平必須維持足夠長的時間。手動復(fù)位在系統(tǒng)出現(xiàn)操作錯誤或程序運行出錯時使用。在單片機系統(tǒng)運行過程中，按下復(fù)位鍵，高電平輸入RST引腳，單片機被強制執(zhí)行復(fù)位操作，系統(tǒng)可以退出錯誤運行狀態(tài)，恢復(fù)正常工作。由于本設(shè)計的需要，同時采用這兩種復(fù)位方式，如圖10所示復(fù)位電路。5.5 電源電路當(dāng)今社會大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須

20、在電源電路的支持下才能正常工作。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。直流電源電路由降壓變壓器、全波整流、濾波、穩(wěn)壓電路構(gòu)成，其組成結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11 直流電源電路組成結(jié)構(gòu)圖變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220V50Hz根據(jù)設(shè)計需要做+5V和+12V直流穩(wěn)壓電源電路，其電路圖如圖12和13所示。交流電壓通過變壓器T1降壓得到，然后由V7V10四個整流二極管組成的電橋進行整流得到直流電壓，再經(jīng)由電解電容和非極性電容構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)和三端穩(wěn)壓器LM7812和LM7805的穩(wěn)壓作用后，分別輸出+12V和+5V的直流電壓。理論計算如下： 對A點有：(5-1)的壓降為(5-2)(5-3)由式(

21、5-1)、(5-2)、(5-3)可得：(5-4)圖12 12V轉(zhuǎn)5V電源電路圖若要求將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，由式(5-4)可知：變壓器T1的變比為。圖13 220V轉(zhuǎn)12V電源電路圖5.6 整體電路基于單片機AT89C51的電子琴電路由琴鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和電源電路五部分所構(gòu)成。琴鍵控制電路采用了8輸入與門芯片CD4068B，收集8個獨立按鍵的開關(guān)狀態(tài)信號，并觸發(fā)單片機的外部中斷來處理；而數(shù)碼管顯示電路負責(zé)顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值；同時，音頻功放電路也會播放琴鍵對應(yīng)的音調(diào)；電源電路為整個電路提供能源。整體電路圖見附錄1。六、電子琴系統(tǒng)軟件設(shè)計系

22、統(tǒng)功能的實現(xiàn)一般包括硬件部分和軟件部分，一旦硬件確定下來，軟件要實現(xiàn)的功能也隨之確定。而為使編程思路清晰，應(yīng)先繪制程序流程圖。6.1 系統(tǒng)硬件接口定義系統(tǒng)硬件接口定義如表5所示。表5 系統(tǒng)硬件接口定義引腳號引腳名接口說明備注3932P0.0P0.7數(shù)碼管與單片機通信口18P1.0P1.7獨立按鍵接口12INT0外部中斷源輸入端10P3.0控制蜂鳴器圖14 主函數(shù)流程圖開始數(shù)碼管顯示初始化音頻處理6.2 主函數(shù)主函數(shù)流程圖如圖14所示。利用模塊化的思想，主函數(shù)只執(zhí)行初始化函數(shù)、音頻處理函數(shù)和數(shù)碼管顯示函數(shù)。另外，鍵碼的識別與刷新是通過中斷函數(shù)來完成。void main( )Init( );whi

23、le(1)初始化開始結(jié)束圖15 初始化流程圖關(guān)閉數(shù)碼管外部中斷邊沿觸發(fā)允許外部中斷開總中斷關(guān)閉定時器允許定時器中斷定時器工作方式Sound_Player();/音頻處理函數(shù)LED_Display();/數(shù)碼管顯示鍵值6.3 初始化函數(shù)初始化的流程框圖如圖15所示。該函數(shù)對所需的I/O口、外部中斷0、定時器0以及數(shù)碼管進行初始化配置。 void Init(void)P0 = 0xff;/先將P0口置為1，即關(guān)閉數(shù)碼管Speaker = 0;IT0 = 1;/外部中斷0邊沿觸發(fā)EX0 = 1;/外部中斷0允許TMOD = 0x01;/定時器方式1ET0 = 1;/定時器0中斷允許TR0 = 0;/

24、關(guān)定時器0EA = 1;/開總中斷YNN執(zhí)行代碼1Y功能鍵鍵碼？數(shù)碼顯示開始結(jié)束音調(diào)鍵鍵碼？圖16 數(shù)碼顯示流程圖執(zhí)行代碼2 6.4 數(shù)碼管顯示函數(shù)數(shù)碼顯示的流程框圖如圖16所示。此函數(shù)根據(jù)鍵值掃描函數(shù)讀取的鍵碼，結(jié)合數(shù)碼管顯示出來。若判斷是音調(diào)鍵將會顯示數(shù)字17其中之一；若判斷是功能鍵將會顯示字母A、b、C其中之一。void LED_Display(void)if(Keycode>0 && Keycode<8)P0 = tableKeycode;/DoSi七個音調(diào)鍵分別顯示17else if(Keycode = 8)P0 = tableTime + 9;/特殊功能

25、鍵分別顯示A、b、CTR0 = 0; /關(guān)定時器06.5 中斷函數(shù)中斷函數(shù)用到了外部中斷和定時器中斷。鍵盤中斷的流程框圖如圖17所示，當(dāng)按鍵按下時，外部信號觸發(fā)外部中斷，執(zhí)行鍵值掃描函數(shù)，讀取對應(yīng)的鍵值。定時中斷的流程框圖如圖18所示，定時器溢出中斷后，進行重裝載初值，同時執(zhí)行相應(yīng)的音頻控制操作。鍵盤中斷開始鍵值掃描圖17 鍵盤中斷流程圖結(jié)束重裝初值定時中斷開始結(jié)束圖18 定時中斷流程圖P3.0取反6.6 鍵值掃描函數(shù)圖19 按鍵被按下時電壓的變化由于本設(shè)計采用的是接觸開關(guān)式按鍵，故不可避免存在機械抖動。按鍵被按下是，其觸點電壓變化過程如圖19所示。這種抖動會使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故需要進行消

26、抖處理。抖動時間的長短和按鍵的機械特性有關(guān)，一般為510ms。通常手動按下鍵然后立即釋放，這個操作中穩(wěn)定閉合的時間超過20ms，因此單片機在檢測按鍵是否按下時都需要加上去抖動操作，有專門的去抖動電路或則芯片，但同用軟件延時的方法也能輕易解決抖動問題，沒必要添加多余的硬件。本設(shè)計是用軟件消抖方法編寫一個消抖程序。當(dāng)按鍵按下去后，首先對其進行連續(xù)兩次取樣，如果兩次都為低電平，則輸出低電平；如果其中有一次高電平，則輸出高電平。鍵盤的每一行通過一個上拉電阻接高電平，當(dāng)按鍵按下時，對應(yīng)的I/O口線被拉低。如表6所示按鍵編碼關(guān)系表。鍵值掃描函數(shù)的流程圖如圖20所示。表6 按鍵編碼關(guān)系表按鍵名稱鍵碼(十六進

27、制)按鍵名稱鍵碼(十六進制)K10xfeK50xefK20xfdK60xdfK30xfbK70xbfK40xf7K80x7f按鍵掃描開始有按鍵按下？有按鍵按下？按鍵釋放？執(zhí)行相應(yīng)代碼延時10ms結(jié)束NYYYNN圖20 鍵值掃描流程圖void Key_Scan(void)uint key;key = P1; /讀取P1口狀態(tài)switch(key)/鍵值 case 0xfe: /DoDelayms(10);/消抖if(key = 0xfe)Keycode = 1;while(P1 != 0xFF); /等待按鍵釋放break; 6.7 音頻處理函數(shù)樂曲由一些不同的音階構(gòu)成，而每個音階對應(yīng)著不同的頻

28、率，即利用單片機的定時器來產(chǎn)生所需要方波頻率信號的組合，可構(gòu)成所想要的樂曲。本系統(tǒng)設(shè)計單片機配有12MHZ晶振，利用AT89C51的內(nèi)部定時器使其工作定時器模式的工作方式1下，其對應(yīng)的定時器初值計算公式為：式中T為定時時間，是所需頻率的倒數(shù)。如表7所示為所需頻率對應(yīng)的定時器初值表(簡稱頻率-初值表)。如圖21所示音頻處理函數(shù)的流程圖。表7 頻率-初值表音調(diào)簡譜(鍵值)頻率（Hz）定時器初值(16進制)備注Do15230FBE9H此處的定時器初值是在工作方式1和12MHZ晶振時算得的Re25870FC5FHMi36590FCC1HFa46980FCEFHSo57540FD45HLa68800FD

29、92HSi79880FDD6Hvoid Sound_Player(void)if(Flag = 0) /DoSi七個音調(diào)鍵YNN單個音調(diào)播放Y功能鍵鍵碼？音頻處理開始結(jié)束音調(diào)鍵鍵碼？圖21 音頻處理流程圖樂曲播放Flag = 1; switch(Keycode) case 1: /DoTH0code = 0XFB;TL0code = 0XE9;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0Speaker = Speaker;break; 七、電子琴系統(tǒng)調(diào)試由于沒有硬件設(shè)備，所以無法進行硬件調(diào)試，但這并不妨礙軟件調(diào)試。利用仿真軟件Proteus和

30、編程軟件Keil uVision4進行調(diào)試程序。7.1 調(diào)試工具Proteus軟件是英國Labcenter Electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設(shè)計和仿真平臺。是目前同類軟件中最先進、最完整的電子類仿真平臺之一。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機代碼調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到PCB板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過程。最新的Keil uVision4 IDE，旨在提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，實現(xiàn)更快，更有效的程序開發(fā)。Keil uVision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任

31、何地方，包括支持多顯示器窗口。Keil uVision4在Keil uVision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能：多顯示器和靈活的窗口管理系統(tǒng)；系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息；調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局；多項目工作區(qū)簡化與眾多的項目。7.2 調(diào)試結(jié)果利用Proteus對電路進行仿真分析，電子琴電路的仿真電路圖如圖22所示。由于音頻功放電路采用了LM386芯片，使得音頻放大更加的穩(wěn)定和沒有雜音，進一步達到了實驗效果。但也一定瑕疵，按鍵按下后，延遲一會才有聲音。調(diào)試結(jié)果與設(shè)計的基本一致，如表8所示。表8 調(diào)試結(jié)果按鍵編號發(fā)聲音調(diào)數(shù)碼顯示內(nèi)容備注S1Do1S2Re2S

32、3Mi3S4Fa4S5So5S6La6S7Si7S8播放樂曲13中之一A或b或C按8鍵切換播放樂曲13圖22 電子琴電路仿真圖7.3 電子琴設(shè)計中的問題及解決方法電子琴的設(shè)計并非一帆風(fēng)順，在這期間遇到了很多問題，下面談幾個關(guān)鍵的問題。首先是數(shù)碼管顯示亂碼的問題，原本以為是數(shù)碼管字形碼表的代碼有錯，檢查幾遍發(fā)現(xiàn)代碼沒錯，后來結(jié)合硬件圖一看，才知道硬件圖中數(shù)碼管是共陽極接法，軟件中的數(shù)碼管字形碼表是共陰極的。其二是按鍵引入中斷檢測時遇到的問題，要求8個按鍵任意鍵按都觸發(fā)外部中斷0，結(jié)果不經(jīng)思索就選用了一塊8輸入或門芯片，導(dǎo)致怎么按鍵盤都無法進入中斷函數(shù)，于是懷疑是程序有錯，浪費了很多時間，最終發(fā)現(xiàn)

33、是硬件邏輯錯誤，應(yīng)該用與門才對。其三是揚聲器發(fā)出的音調(diào)不對，甚至沒有聲音，這個問題主要是功放模塊沒有與揚聲器共地。八、電子琴設(shè)計總結(jié) 在電子音樂領(lǐng)域，電子音調(diào)作為現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，它在現(xiàn)代音樂中扮演著重要的角色。目前，由于電子音樂的普及，電子琴就是一種新型的電子樂器。本設(shè)計基于單片機AT89C51的電子琴電路由琴鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路、音頻功放電路、時鐘-復(fù)位電路和電源電路五部分所構(gòu)成。琴鍵控制電路采用了8輸入與門芯片CD4068B，收集8個獨立按鍵的開關(guān)狀態(tài)信號，并觸發(fā)單片機的外部中斷來處理；而數(shù)碼管顯示電路負責(zé)顯示按下的琴鍵所對應(yīng)的鍵值；同時，音頻功放電路也會播放琴鍵對應(yīng)的

34、音調(diào)；電源電路為整個電路提供能源。電子琴的設(shè)計并非一帆風(fēng)順，在這期間遇到了很多問題，下面談幾個關(guān)鍵的問題。首先是數(shù)碼管顯示亂碼的問題，原本以為是數(shù)碼管字形碼表的代碼有錯，檢查幾遍發(fā)現(xiàn)代碼沒錯，后來結(jié)合硬件圖一看，才知道硬件圖中數(shù)碼管是共陽極接法，軟件中的數(shù)碼管字形碼表是共陰極的。其二是按鍵引入中斷檢測時遇到的問題，要求8個按鍵任意鍵按都觸發(fā)外部中斷0，結(jié)果不經(jīng)思索就選用了一塊8輸入或門芯片，導(dǎo)致怎么按鍵盤都無法進入中斷函數(shù)，于是懷疑是程序有錯，浪費了很多時間，最終發(fā)現(xiàn)是硬件邏輯錯誤，應(yīng)該用與門才對。其三是揚聲器發(fā)出的音調(diào)不對，甚至沒有聲音，這個問題主要是功放模塊沒有與揚聲器共地。通過這次課程設(shè)

35、計，感覺收獲頗多。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作，基本掌握了Protel99SE原理圖的方法以及怎么利用Proteus進行數(shù)字電路仿真。除此之外，對51系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，諸如LED數(shù)碼管、鍵盤等等。在軟件方面，通過對外部中斷、定時器/計數(shù)器、I/O的使用，使得C語言編程能力也有了較大的進步。26參考文獻1袁東.51單片機應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)手冊M.北京：電子工業(yè)出版社，2011.2沈紅衛(wèi).基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.3蘇麗萍.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200

36、2.4曾屹，彭楚武.單片機原理與應(yīng)用（第2版）M.長沙：中南大學(xué)出版社，2009.5林立.單片機原理及應(yīng)用基于Proteus和Keil CM.北京：電子工業(yè)出版社，2009.6彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例M.北京：電子工業(yè)出版社，2009.7顧濱，趙偉軍，諸杭.Protel99SE實用教程（第3版）M.北京：人民郵電出版社，2013.8王為青，程國剛.單片機Keil Cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù).M.北京：人民郵電出版社，2007.9單丹，馬淑云.基于AT89C51單片機電子琴的設(shè)計J.中國高新技術(shù)企業(yè)，2002，(10)， 6-7.10石鑫.基于89C51單片機簡易電子琴的設(shè)計J.農(nóng)業(yè)裝備

37、技術(shù)，2010，(5)，59-61.11任肖麗，王驥.基于STC89C51單片機的電子琴設(shè)計J.電子元器件應(yīng)用，2010，(7)， 27-31.12周潤景.Proteus入門實用教程M.北京：機械工業(yè)出版社，2007.13 http:/ .14 .附錄1：電子琴系統(tǒng)原理圖附錄2：源程序#include<reg51.h>#define uint unsigned int #define uchar unsigned char void Init(void);/初始化void Key_Scan(void);/鍵值掃描void Delayms(uint z);/延時void LED_Di

38、splay(void);/數(shù)碼顯示void Sound_Player(void);/音頻處理uint Keycode;/鍵值uint Time = 0; uint Flag = 0;uint TH0code,TL0code; sbit Speaker = P30; /揚聲器控制引腳uint Num = 0;uchar code table= /數(shù)碼管共陰碼表0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uchar code Music1_Tab= /曲譜1碼表0xc0,0xf9,0

39、xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;uint code Music2_Tab=/曲譜2碼表64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030,65058,65110,65157,65178;uchar code Music3_Tab= /曲譜3碼表0x64,0x42,0x62,0x98,0x74,0x92,0x72,0x68,0x64,0x22,0x32,0x44,0x32,0x22,0x3c,0x64

40、,0x42,0x62,0x94,0x04,0x82,0x74,0x94,0x68,0x64,0x32,0x42,0x54,0x04,0x12,0x2c,0x74,0x94,0x98,0x84,0x72,0x82,0x98,0x72,0x82,0x92,0x72,0x72,0x62,0x42,0x22,0x3c,0x64,0x42,0x62,0x94,0x04,0x82,0x74,0x94,0x68,0x64,0x32,0x42,0x54,0x04,0x12,0x2c,0x00; /* 主函數(shù)*/void main()Init();while(1)Sound_Player();/音頻處理函數(shù)LE

41、D_Display();/數(shù)碼管顯示鍵值/* 初始化函數(shù)*/void Init(void)P0 = 0xff;/先將P0口置為1Speaker = 0;IT0 = 1;/外部中斷0邊沿觸發(fā)EX0 = 1;/外部中斷0允許TMOD = 0x01;/定時器方式1ET0 = 1;/定時器0中斷允許TR0 = 0;/關(guān)定時器0EA = 1;/開總中斷/* 音頻處理函數(shù)*/void Sound_Player(void)if(Flag = 0) /DoSi七個音調(diào)鍵Flag = 1; switch(Keycode) case 1: /DoTH0code = 0XFB;TL0code = 0XE9;TH0

42、= TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0Speaker = Speaker;break; case 2: /ReTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0 Speaker = Speaker;break; case 3: /MiTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0 Speaker = Speaker;break; c

43、ase 4: /FaTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code;TR0 = 1; /開定時器0 Speaker = Speaker;break; case 5: /SoTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0Speaker = Speaker;break; case 6: /LaTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code;

44、 TR0 = 1; /開定時器0 Speaker = Speaker;break; case 7: /SiTH0code = 0XFC;TL0code = 0X5C;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0 Speaker = Speaker;break;default:break;else if(Keycode =8) /特殊功能鍵 switch(Time) case 1: /播放第一首樂曲TH0code = Music1_TabNum+;TL0code = Music1_TabNum+;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0if(Num = 15) Num = 0;Speaker = Speaker;break; case 2: /播放第二首樂曲TH0code = Music2_TabNum/256;TL0code = Music2_TabNum%256;TH0 = TH0code;/置初值TL0 = TL0code; TR0 = 1; /開定時器0Nu