单片机课程设计 简易电子琴设计.doc
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1、1 引 言在电子音乐领域,自从20世纪末期MIDI(乐器数字化接口)推出和逐步规范化后,各种乐器及众多数码音视频产品中采用MIDI技术已逐渐成为一种潮流。但是当前各厂商的电子琴产品通常使用自己设计的专用音源,并且软硬件均不对外公开,阻碍了MIDI技术的交流。作者在开发基于MIDI模块的音乐发生器的过程中,进行了用单片机控制通用MIDI音源模块的相关功能制作电子琴的实践,制作出具有8个按键的 MIDI电子琴,该琴支持单音和复音弹奏,单片机以标准的MIDI波特率传送信息,通过串口连接蜂鸣器,从而获得优美的乐音。 1.1电子琴概述键盘乐器,采用半导体集成电路,对乐音信号进行放大,通过扬声器产生音响。
2、发音音量可以自由调节。音域较宽,和声丰富,甚至可以演奏出一个管弦乐队的效果,表现力极其丰富。它还可模仿多种音色,甚至可以奏出常规乐器所无法发出的声音(如人声,风雨声等)。另外,电子琴在独奏时,还可随意配上类似打击乐音响的节拍伴奏,适合于演奏节奏性较强的现代音乐。另外,电子琴还安装有混响、回声、延长音、震音和颤音等多项功能装置,表达各种情绪时运用自如。电子琴是电声乐队的中坚力量,常用于独奏主旋律并伴以丰富的和声。还常作为独奏乐器出现,具有鲜明时代特色。但电子琴的局限性也十分明显:旋律与和声缺乏音量变化,过于协和、单一;在模仿各类管、弦乐器时,音色还不够逼真,模仿提琴类乐器的音色时,失真度更大,还
3、需要不断改进。电子琴的演奏有较大一部分是通过自动和弦伴奏来配合完成的,在音乐中和弦的连接推动了旋律地进行,不同的和声连接,形成了不同的音乐色彩。1.2 电子琴技术状况 本次设计提出了用AT89C51单片机为核心控制元件,设计一个简易的电子琴. 本方案以AT89C51单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块在主控模块上设有16个按键和扬声器.根据使用者的操作随意弹奏想要表达的音乐。一首音乐是许多不同的音阶组成的,而每个音阶对应着不同的频率,这样我们就可以利用不同的频率的组合,即可构成我们所想要的音乐了,当然对于单片机来产生不同的频率非常方便,我们可以利用单片机的定时/计数器T0
4、来产生这样方波频率信号。1.3 本设计任务利用所给键盘的1,2,3,4,5,6,7,8八个键,能够发出8个不同的音调,并且要求按下按键发声,松开延时一段时间停止,中间再按别的键则发另一音调的声音。当系统扫描到键盘上有键被按下,则快速检测出是哪一个键被按下,然后单片机的定时器被启动,发出一定频率的脉冲,该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后,就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下,则启用中断系统,前面键的发音停止,转到后按的键的发音程序,发出后按的键的音。2 总体方案论证与设计本系统采用单片机AT89C51为电子琴的控制核心,系统主要包括播放模块、按键控制模块。下面对各
5、模块的设计逐一进行论证比较。2.1 播放模块播放模块是喇叭构成。它几乎不存在噪声,音响效果较好。而且由于所需驱动功率较小,且价格低廉,所以,被广泛应用。 2.2 按键控制模块电子琴设有8个按键,其中7个作为音符输入,另外1个作为模式转换按键,实现用户自弹作曲。7个按键分别代表7个音符,包括中音段的全部音符。通过软硬件设计,模式转换按 键触发外部中断,中断使程序跳转,实现模式转换,启动电子琴。然后通过查询电子琴所按下的按键,读取电子琴输入状态,跳转到对应的程序人口,实现自编歌曲。当需要取消电子琴编曲功能时,再次按下模式转换按键引起外部中断即可退出电子琴功能而返回原 来按键播放处。2.3 总体硬件
6、组成框图按键控制模块播放模块 喇叭中心控制模块 AT89C51 按 键 状 态 图2-1 总体硬件组成框图 3 系统硬件设计 为使该模块化电子琴控制系统具有更加方便和灵活性,我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括中心控制模块、播放模块、按键控制模块三大模块。3.1 中心控制模块的硬件设计本次设计中中心控制模块是采用AT89C51单片机来控制整个系统。其中P1口作为输入口,连接蜂鸣器驱动电路,而P2口连接按键控制电路, 从而实现播放音乐的功能。3.2 播放模块的硬件设计如下图所示,播放模块其实就是喇叭,它接到P1.0口上当有按键按下时,它就会发出声音.图 3-1 播放模块硬件连接图3.3 按
7、键控制模块的硬件设计在P.2口十连有8个按键并加有8个拉电阻.它们一端接5伏电源,一端接地.在仿真时,只要有一个键被按下,并被单片机扫描到,则会使播放器发出声音. 图 3-2按键控制连接图图3-2按键控制电路图4 系统的软件设计软件是该电子琴控制系统的重要组成部分,在系统的软件设计中我们也才用了模块化设计,将系统的各部分功能编写成子模块的形式,这样增强了系统软件的可读性和可移植性。4.1 下位机软件流程本系统中下位机(单片机89C51)的主要功能就是实现音乐播放功能。其主程序流程如图4-1所示。图4-1 软件程序流程图4.2上位机软件 本系统的上位机软件主要是编辑电子琴播放状态的内容,在设计中
8、采用汇编语言编写了电子琴控制系统控制和播放内容的程序。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0100HMAIN: MOV SP,#60H ;初始化堆栈指针 MOV 30H,#00 ;定时器初值清零 MOV 31H,#00 MOV P1,#0FFH ;设置P1口为输入模式 MOV TMOD,#01H ;设置定时器0为工作模式1 SETB ET0 ;开定时器0中断 SETB EA ;开总中断 CLR TR0 ;关闭定时器0 START: MOV R0, P2 CJNE R0,#0FFH,KEY1 ;键盘扫描 CLR TR0 SJMP STAR
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