單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（一）

設(shè)計(jì)一簡易電子琴，要求能夠發(fā)出1、2、3、4、5、6、7等七個(gè)音符。

原理：

由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個(gè)音階對應(yīng)著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構(gòu)成我們所想要的音樂了，當(dāng)然對于單片機(jī)來產(chǎn)生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應(yīng)頻率關(guān)系弄正確即可。

本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)晶振為12MHZ，那么定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期為1MHZ，假如選擇工作方式1，那T值便為T=216--5﹡105/相應(yīng)的頻率，那么根據(jù)不同的頻率計(jì)算出應(yīng)該賦給定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，列出不同音符與單片機(jī)計(jì)數(shù)T0相關(guān)的計(jì)數(shù)值如下表所示：

單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（二）

通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子琴演奏，實(shí)質(zhì)就是將不同按鍵和特定頻率的方波信號對應(yīng)起來，以方波信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出樂音。下面簡單介紹一下樂音的特性。樂音實(shí)際上是有固定頻率的信號。在音樂理論中，把一組音按音調(diào)高低的次序排列起來就成為音節(jié)，也就是1、2、3、4、5、6、7和高音1。高音1的頻率正好是中音1頻率的2倍，而且音節(jié)中各音的頻率跟1的頻率之比都是整數(shù)之比。

為了發(fā)出某一特定頻率的樂音，可以控制單片機(jī)的一個(gè)I/O口產(chǎn)生該頻率的方波信號，經(jīng)過電流放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出該樂音。對于方波的產(chǎn)生，可以啟用單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，產(chǎn)生溢出中斷。中斷發(fā)生時(shí)，將輸出引腳的電平取反，然后重新載入計(jì)數(shù)器初始值。

因此，正確的設(shè)置定時(shí)器的工作模式和初始計(jì)數(shù)值是發(fā)出樂音的基礎(chǔ)。例如中音l，其頻率是523Hz，則周期為T=l/523=1912μs，半個(gè)周期為956μs。根據(jù)單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的機(jī)器周期，就可以算出計(jì)數(shù)器的預(yù)置初始值應(yīng)為多少。例如，假設(shè)采用的單片機(jī)的一個(gè)計(jì)數(shù)周期需要12個(gè)時(shí)鐘周期，當(dāng)采用12MHz晶振時(shí)，一個(gè)計(jì)數(shù)周期即lμs。要定時(shí)956μs，只需設(shè)置其計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)最大計(jì)數(shù)值減去956。對應(yīng)不同的按鍵，調(diào)節(jié)Tl的溢出時(shí)間，即可輸出不同頻率的樂音，這樣就實(shí)現(xiàn)了簡易電子琴的設(shè)計(jì)。

形成每個(gè)樂音音高的頻率是固定的，下表列出了一個(gè)8度以及其上下共16個(gè)音的音名、頻率及定時(shí)器Tl初值對照（設(shè)晶體頻率為12MHz）。

該簡易電子琴的硬件電路設(shè)計(jì)較簡單，通過Pl口進(jìn)行按鍵掃描，從P0.1口輸出方波信號，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響。系統(tǒng)硬件電路如下圖所示。

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單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（三）

基本樂理知識

音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂音（復(fù)音）的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來決定。也即一定頻率的聲音對應(yīng)特定的樂音。在以C調(diào)為基準(zhǔn)音的八度音階中，所對應(yīng)的頻率如表1所示。如果能夠通過某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號，再通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號，就能制作出簡易的樂音發(fā)生器，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu)，就可實(shí)現(xiàn)電子琴的制作了。

設(shè)計(jì)電路圖如圖所示。

圖即是八音階微型電子琴的原理電路圖，8個(gè)開關(guān)對應(yīng)著電子琴8個(gè)音階琴鍵，使用時(shí)只能同時(shí)閉合一個(gè)開關(guān)。

在實(shí)際電路中，為達(dá)到起振條件AF》1，常用兩個(gè)二極管與電阻并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)類似于熱敏電阻的功效。另外需要說明的是，理論上電路的初始信號是由環(huán)境噪聲及電路本身的電壓提供的。實(shí)際操作時(shí)，為使現(xiàn)象更明顯，也可通過對電路中的電容充電來實(shí)現(xiàn)。

另外，電路中的運(yùn)算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5V，所以還需要用7809穩(wěn)壓管、整流橋等元器件制作帶負(fù)電源的電源電路，同電子琴電路一塊整合到電路板上，制作成可直接使用的完整成品。

單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（四）

NE555做的8鍵簡易電子琴

原理圖：

實(shí)物圖：

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單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（五）

簡易電子琴電路

單片機(jī)簡易電子琴設(shè)計(jì)方案（六）

電路工作原理：Rp1~Rp13為電子琴的音階電阻，也是振蕩器的定時(shí)電阻，C2為寬放電電容，S1—S13，為琴鍵開關(guān)。按下S1一S13中的任一個(gè)，比如按下S1，則+6V電源經(jīng)Rp1，和S1向C2充電。因充電初始C2端電壓為零，故VT1不能導(dǎo)通。此時(shí)+6V電源經(jīng)R為VT2提供基極偏置，VT2導(dǎo)通，電流經(jīng)VT2的c、e極流過揚(yáng)聲器，并在揚(yáng)聲器兩端產(chǎn)生較高的電壓降。