單片機電子琴設計

馬巍

摘 要：電子琴是現代電子科技與音樂結合的產物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設計的單片機電子琴，利用單片機強大的控制和靈活的編程功能，產生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關鍵詞：單片機；電子琴；音階

本文設計的產品為簡易電子琴，基本要求為能夠發出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個音階皆可。

一、硬件電路

本設計要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

■

單片機P2口為接口，接有一組共8個按鍵。這8個按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發中音Do，若按下S2，則發中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，被廣泛應用于錄音機和收音機之中。電路中由P1.0口控制一個LM386功率放大器，經功率放大器控制發聲器件蜂鳴器（喇叭）。當P1.0口輸出為低電平時，功率放大器導通，蜂鳴器（喇叭）通電；當P1.0口輸出為高電平時，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會產生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發出一定頻率的聲音。

單片機內部由大量的時序電路構成，沒有時鐘脈沖即“脈搏”的跳動，單片機的各個部分將無法工作。所以在單片機的內部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個完整的振蕩器即“心臟”就構成了，只要接通電源，這個心臟的脈搏就會按固定頻率開始跳動。晶振的頻率決定了單片機的快慢，本次設計中晶振的頻率是12MHz。

單片機9腳RST端口接入一個復位電路，當此引腳連接高電平超過2個機器周期（1個機器周期包含12個時鐘脈沖），即可產生復位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1/12μs，2個機器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個可讓該引腳上產生一個2μs以上的高電平脈沖，即可產生復位的動作。

本次設計中我們可以預留一個口作為擴展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個頻率之間滿足某種數學關系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個音Do的頻率，就確定了音調。通過改變單片機輸出脈沖高低電平的保持時間和頻率，就可以得到音階和調節不同的音調。本次設計中單片機的晶振為12MHz，則機器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時時間（X為TH0，TL0的定時初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數器定時1912μs/2=956μs，每到定時956μs時就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據不同的頻率計算出應該賦給定時器的計算初值。如下表：

電子琴音符與單片機頻率的關系

■

三、軟件設計思路

在主程序中，首先定時器T0初始化，然后關閉定時器T0，通過掃描鍵盤進行按鍵的識別。讀P2口的狀態，若有按鍵按下，則延時10ms去抖動，再讀P2口的狀態判斷是幾號按鍵按下，并跳轉到相應的程序，查表得相應按鍵的定時初值，啟動定時器T0將不同按鍵所對應的頻率信號發送到集成運放中放大，最后送給喇叭發出對應的音階的聲音。程序隨后繼續掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態，則定時器T0繼續保持工作狀態，直到按鍵松開，定時器T0停止工作，返回初始狀態，等待下一次的掃描按鍵結果。當程序中斷時，程序保存現場，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設計的電子琴做成實物，能夠實現彈奏音樂的功能。

摘 要：電子琴是現代電子科技與音樂結合的產物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設計的單片機電子琴，利用單片機強大的控制和靈活的編程功能，產生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關鍵詞：單片機；電子琴；音階

本文設計的產品為簡易電子琴，基本要求為能夠發出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個音階皆可。

一、硬件電路

本設計要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

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單片機P2口為接口，接有一組共8個按鍵。這8個按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發中音Do，若按下S2，則發中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，被廣泛應用于錄音機和收音機之中。電路中由P1.0口控制一個LM386功率放大器，經功率放大器控制發聲器件蜂鳴器（喇叭）。當P1.0口輸出為低電平時，功率放大器導通，蜂鳴器（喇叭）通電；當P1.0口輸出為高電平時，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會產生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發出一定頻率的聲音。

單片機內部由大量的時序電路構成，沒有時鐘脈沖即“脈搏”的跳動，單片機的各個部分將無法工作。所以在單片機的內部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個完整的振蕩器即“心臟”就構成了，只要接通電源，這個心臟的脈搏就會按固定頻率開始跳動。晶振的頻率決定了單片機的快慢，本次設計中晶振的頻率是12MHz。

單片機9腳RST端口接入一個復位電路，當此引腳連接高電平超過2個機器周期（1個機器周期包含12個時鐘脈沖），即可產生復位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1/12μs，2個機器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個可讓該引腳上產生一個2μs以上的高電平脈沖，即可產生復位的動作。

本次設計中我們可以預留一個口作為擴展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個頻率之間滿足某種數學關系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個音Do的頻率，就確定了音調。通過改變單片機輸出脈沖高低電平的保持時間和頻率，就可以得到音階和調節不同的音調。本次設計中單片機的晶振為12MHz，則機器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時時間（X為TH0，TL0的定時初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數器定時1912μs/2=956μs，每到定時956μs時就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據不同的頻率計算出應該賦給定時器的計算初值。如下表：

電子琴音符與單片機頻率的關系

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三、軟件設計思路

在主程序中，首先定時器T0初始化，然后關閉定時器T0，通過掃描鍵盤進行按鍵的識別。讀P2口的狀態，若有按鍵按下，則延時10ms去抖動，再讀P2口的狀態判斷是幾號按鍵按下，并跳轉到相應的程序，查表得相應按鍵的定時初值，啟動定時器T0將不同按鍵所對應的頻率信號發送到集成運放中放大，最后送給喇叭發出對應的音階的聲音。程序隨后繼續掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態，則定時器T0繼續保持工作狀態，直到按鍵松開，定時器T0停止工作，返回初始狀態，等待下一次的掃描按鍵結果。當程序中斷時，程序保存現場，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設計的電子琴做成實物，能夠實現彈奏音樂的功能。

摘 要：電子琴是現代電子科技與音樂結合的產物，是一種新型的鍵盤樂器。本文設計的單片機電子琴，利用單片機強大的控制和靈活的編程功能，產生不同頻率，獲得所需要的音階，可演奏出美妙的音樂。

關鍵詞：單片機；電子琴；音階

本文設計的產品為簡易電子琴，基本要求為能夠發出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八個音階皆可。

一、硬件電路

本設計要用的元器件有芯片AT89C51、音頻集成功放LM386、蜂鳴器（喇叭）和按鍵。如圖所示：

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單片機P2口為接口，接有一組共8個按鍵。這8個按鍵是S1∽S8，通過排阻，分別按順序與單片機的P2口P2.0∽P2.7相接，按鍵另一端接地，若按下S1，則發中音Do，若按下S2，則發中音Re，以此類推。

LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，被廣泛應用于錄音機和收音機之中。電路中由P1.0口控制一個LM386功率放大器，經功率放大器控制發聲器件蜂鳴器（喇叭）。當P1.0口輸出為低電平時，功率放大器導通，蜂鳴器（喇叭）通電；當P1.0口輸出為高電平時，功率放大器截止，蜂鳴器（喇叭）斷電。通過連續不斷周期性地改變P1.0口的高、低電平，就會產生一定頻率的矩形波，蜂鳴器（喇叭）就能發出一定頻率的聲音。

單片機內部由大量的時序電路構成，沒有時鐘脈沖即“脈搏”的跳動，單片機的各個部分將無法工作。所以在單片機的內部集成有振蕩電路，只需將晶振和電容接到單片機的18（XTAL2）、19（XTAL2）腳，一個完整的振蕩器即“心臟”就構成了，只要接通電源，這個心臟的脈搏就會按固定頻率開始跳動。晶振的頻率決定了單片機的快慢，本次設計中晶振的頻率是12MHz。

單片機9腳RST端口接入一個復位電路，當此引腳連接高電平超過2個機器周期（1個機器周期包含12個時鐘脈沖），即可產生復位的動作。以12MHz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1/12μs，2個機器周期為2μs，因此，我們可在第9腳上連接一個可讓該引腳上產生一個2μs以上的高電平脈沖，即可產生復位的動作。

本次設計中我們可以預留一個口作為擴展功能，如播放一段音樂。

二、音階的產生

音階就是人們通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7個頻率之間滿足某種數學關系由低到高排列的自然音，一旦確定某一個音比如Do的頻率，其他音的頻率也就確定了。音調是指聲音的高低，由聲音的頻率來決定，確定某一個音Do的頻率，就確定了音調。通過改變單片機輸出脈沖高低電平的保持時間和頻率，就可以得到音階和調節不同的音調。本次設計中單片機的晶振為12MHz，則機器周期T為1μs，選擇工作方式1，利用公式（216-X）T=定時時間（X為TH0，TL0的定時初值）。例如：頻率為523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定數器定時1912μs/2=956μs，每到定時956μs時就將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根據不同的頻率計算出應該賦給定時器的計算初值。如下表：

電子琴音符與單片機頻率的關系

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三、軟件設計思路

在主程序中，首先定時器T0初始化，然后關閉定時器T0，通過掃描鍵盤進行按鍵的識別。讀P2口的狀態，若有按鍵按下，則延時10ms去抖動，再讀P2口的狀態判斷是幾號按鍵按下，并跳轉到相應的程序，查表得相應按鍵的定時初值，啟動定時器T0將不同按鍵所對應的頻率信號發送到集成運放中放大，最后送給喇叭發出對應的音階的聲音。程序隨后繼續掃描按鍵，若按鍵保持按下狀態，則定時器T0繼續保持工作狀態，直到按鍵松開，定時器T0停止工作，返回初始狀態，等待下一次的掃描按鍵結果。當程序中斷時，程序保存現場，并重裝TH0、TL0的初值，然后將P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中斷返回。按照此方法將設計的電子琴做成實物，能夠實現彈奏音樂的功能。