引言

　    隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)各領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入,，同時(shí)帶動(dòng)著工業(yè),、農(nóng)業(yè)、商業(yè),、家電以及玩具的日新月異更新,，極大地提高了電子電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

    本文中所設(shè)計(jì)的具有存儲(chǔ)功能的單片機(jī)電子琴是由STC89C51單片機(jī),、小鍵盤(pán),、LCD以及音頻功放電路和揚(yáng)聲器組成的,。利用該電子琴電路，用戶可以自由地輸入音符,，利用單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率來(lái)獲得我們要求的音階,，使揚(yáng)聲器發(fā)出悅耳的音樂(lè)，最終可隨意彈奏想要表達(dá)的音樂(lè),。同時(shí)詳細(xì)論述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程及關(guān)鍵技術(shù),。

    1 系統(tǒng)硬件組成

    電子琴的控制電路分為單片機(jī)STC89C51、工作指示LED,、LCD顯示器,、按鍵輸入、喇叭接口等幾部分,。其硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

    1．1 單片機(jī)STC89C51簡(jiǎn)介

    STC單片機(jī)是一款增強(qiáng)型5l單片機(jī)，完全兼容MCS-51,。STC89C51可以代替AT89C51,，而且功能更強(qiáng)，速度更快,，壽命更長(zhǎng),，價(jià)格更低。該單片機(jī)具有40個(gè)引腳,，采用雙列直插DIP-40封裝,。STC89C51可以完成ISP在線編程功能，而AT89C51則不能,。因此,，將AT89C51中的程序直接燒錄到STC89C51中后，STC89C5l就可以代替AT89C51直接工作,。STC推出的系列51單片機(jī)芯片全面兼容其它51單片機(jī),。STC89C51內(nèi)部有E2PROM，可以在程序中修改,，而且斷電不丟失數(shù)據(jù),。此外，還增加了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)等等,，STC89系列單片機(jī)的基本特性如圖2所示,。

    通常電子琴所輸入的音階值都先存入變量數(shù)組中，演奏時(shí)才逐一取出來(lái)播放單音,。程序中的變量使用的是內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM，范圍為空間30H～7FH,，因此,，其程序內(nèi)存規(guī)劃是：RAM地址30H～70H存放音階值,，最大內(nèi)存空間為64字節(jié)；RAM地址71H～7FH存放程序其他變量,。程序執(zhí)行后,，工作指示LED閃動(dòng)，表示程序開(kāi)始執(zhí)行,。當(dāng)按下鍵盤(pán)組中的相對(duì)按鍵時(shí),，壓電喇叭會(huì)發(fā)出相對(duì)音階單音，全系統(tǒng)共有2個(gè)8度音階,，DO～SI,，HI DO～HI SI，14個(gè)音階,，所輸入的單音會(huì)存入89C5l內(nèi),，至多可以輸入64個(gè)單音，并可以一起演奏出來(lái),，同時(shí)還有清除存儲(chǔ)功能,，可將原數(shù)據(jù)清除后再重新輸入。

    1．2 LCD硬件接口
 

    本設(shè)計(jì)所用LCD的引腳如圖3所示,，其中,，DO～D7為雙向數(shù)據(jù)總線，LCD數(shù)據(jù)讀寫(xiě)方式可以分為8位及4位兩種,。若以8位數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě),，則DO～D7皆有效，若以4位方式進(jìn)行讀寫(xiě),，則只用到D7～D4,。RS為寄存器選擇控制線，當(dāng)RS為O且做寫(xiě)入操作時(shí),，可以寫(xiě)指令寄存器,；若RS為l，則用于讀寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器,。P／W為L(zhǎng)CD讀寫(xiě)控制線,，R／W為0，LCD執(zhí)行寫(xiě)作,，R／W為1時(shí),，則做讀操作。VO為亮度調(diào)整電壓輸入控制引腳,，輸入0V時(shí),，字符顯示最亮。

    LCD可以實(shí)時(shí)顯示目前演奏的單音碼,，可以實(shí)時(shí)顯示所存儲(chǔ)的單音計(jì)數(shù),。按鍵9是清除鍵,，可將存儲(chǔ)的單音計(jì)數(shù)清0；按鍵8是放音鍵,，可將內(nèi)存中的單音逐一演奏出來(lái),，演奏中可以按K4鍵來(lái)中斷。本設(shè)計(jì)使用一般的LCD顯示器來(lái)顯示音樂(lè)演奏的消息及單音碼,。按下鍵盤(pán)組按鍵,，喇叭就會(huì)發(fā)出相對(duì)音階。將這些音階存儲(chǔ)起來(lái)然后放音,，就可成為自動(dòng)演奏電子琴,。

    1．3 鍵盤(pán)掃描

　　鍵盤(pán)上的每一個(gè)鍵都有兩個(gè)唯一的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)志。為什么要用兩個(gè)數(shù)值而不是一個(gè)數(shù)值呢,？這是因?yàn)橐粋€(gè)鍵可以被按下,，也可以被釋放。當(dāng)一個(gè)鍵按下時(shí),，它們產(chǎn)生一個(gè)唯一的數(shù)值,，當(dāng)一個(gè)鍵被釋放時(shí)，它也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)唯一的數(shù)值,，我們把這些數(shù)值都保存在一張表里面,，到時(shí)候通過(guò)查表就可以知道是哪一個(gè)鍵被敲擊，并且可以知道是它是被按下還是被釋放了,。

    整個(gè)4x4鍵盤(pán)按鍵的分配及配置原理圖如圖4所示,。圖4中為16鍵的控制電路，使用AT89S51端口2的8條I／O線做16個(gè)按鍵的鍵盤(pán)掃描,，并由P2．0～P2．3送出掃描信號(hào),，而由P2．4～P2．7讀取按鍵數(shù)據(jù)返回碼。表l所列是4x4按鍵與音階的對(duì)應(yīng)表,。

2 電子琴硬件類(lèi)參數(shù)

　　鍵盤(pán)（琴鍵）：電子琴的鍵盤(pán)分為標(biāo)準(zhǔn)力度鍵盤(pán),、半配重鍵盤(pán)、全配重鍵盤(pán),、逐級(jí)配重式鍵盤(pán)（也叫漸層式錘感鍵盤(pán)）,。

　　標(biāo)準(zhǔn)力度鍵盤(pán)：拉簧結(jié)構(gòu)鍵盤(pán)，這是從低端琴到中高端琴都有使用的,，其優(yōu)點(diǎn)是回鍵速度快（也就是按下琴鍵后,，彈回來(lái)的速度），缺點(diǎn)是對(duì)于力度過(guò)渡和定位不精確,。

　　半配重鍵盤(pán)：一樣是采用拉簧結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán),，只是比普通的拉簧鍵盤(pán)下多了配重鉛 塊，這種構(gòu)造的鍵盤(pán)以前一直是中高端合成器才用的，現(xiàn)在有不少普及琴也有了該配置,。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)力度鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是力度定位更加精確,。

　　全配重鍵盤(pán)：這種鍵盤(pán)的構(gòu)造是模仿鋼琴的，模擬擊弦機(jī)結(jié)構(gòu),，每個(gè)琴鍵下方都有固定重量的配重鉛塊，所以稱為全配重鍵盤(pán),?？勺審椬嗾哂蟹N“在彈鋼琴的感覺(jué)”。優(yōu)點(diǎn)是比較適合初期替代鋼琴來(lái)學(xué)習(xí)演奏,，對(duì)于各種演奏力度均有良好表現(xiàn),，缺點(diǎn)是不適合彈一些要求演奏速度快的曲子（回彈慢）。

　　逐級(jí)配重鍵盤(pán)：和全配重鍵盤(pán)一樣,，也是模擬擊弦機(jī)結(jié)構(gòu)的,，所不同之處就在于逐級(jí)配重鍵盤(pán)的琴鍵在低音區(qū)比較重，高音區(qū)就比較輕了,，這是模仿大三角鋼琴的手感,。

    3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    由于本系統(tǒng)可以產(chǎn)生各種頻率的聲音，所以可由喇叭發(fā)出“DO”,、“RE”,、“ME”……的音階。系統(tǒng)中的定時(shí)器O工作于模式0,，計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)所發(fā)音的頻率而定,，表2所列是各個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的頻率值。而由頻率值推得的定時(shí)器計(jì)數(shù)初值,。則可由以下關(guān)系式求得：

式中,，f為頻率值；t為方波的寬度,，以μs表示,；co為定時(shí)器所計(jì)數(shù)的次數(shù)，lo為計(jì)數(shù)初值的低字節(jié),，hi為計(jì)數(shù)初值的高字節(jié),。圖5所示為主程序的工作流程。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)改變按鍵式電子琴的控制程序,，也可以設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的電子琴,。還可以通過(guò)擴(kuò)展RAM的方法增加內(nèi)存容量，從而更大地發(fā)揮電子琴的存儲(chǔ)功能,。