基于單片機的電子琴設計

董開茂 李紅嶺 杜志維 張月星 王家祺

摘要：本設計以AT89C51單片機為核心部件，結合鍵盤輸入模塊、音頻播放模塊、數碼管顯示模塊等設計一個簡易電子琴。設計可以實現電子琴所具有的基本功能，且具有運行系統穩定，造價成本低等多方面的優勢，具有一定的實用價值。

關鍵詞：單片機;電子琴;鍵盤;音頻播放

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0181-02

1 系統方案及功能要求

1.1 系統方案

本設計以AT89C51單片機為核心部件，結合晶振電路、復位電路、鍵盤輸入、音頻播放模塊及顯示模塊設計一種簡易電子琴[1-3]。系統框架如圖1所示。

1.2 功能要求

（1）基本琴鍵及顯示功能[4]：要求電子琴具有可以彈出8種最基本音符的功能，當依次按下鍵盤區的1-8號按鍵時，揚聲器就會依次發出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si高音段的Do 8種不同的音符，并且LED數碼管能夠在按下按鍵的同時對應顯示數字Do→1、Re→2、Mi→3、Fa→4、So→5、La→6、Si→7、高Do→8。

（2）自動播放功能[5]：要求在設計中設置1個開始播放按鍵和1個停止播放按鍵，當按下開始播放按鍵時，單片機就會立刻切換到播放音樂模式，播放提前存儲好的音樂，在播放過程中，若無停止播放鍵按下，則將音樂播放完畢后自動停止。若在播放過程中按下停止按鍵時，就立刻停止播放，回到初始狀態。

本設計將在完成這些功能的前提下，盡量保證該設計的流暢運行，確保低成本實現各項功能。

2 硬件電路設計

系統硬件電路如圖2所示。

2.1 核心部件

AT89C51是一種容易掌握，便于操作，硬件設計方便的高性能集成芯片，且具有片內振蕩器及時鐘電路。AT89C51單片機是經濟型低價位的微控制器，該芯片功耗低且靈活性強，諧波失真較小、性能穩定，所以在本設計中選擇該芯片作為核心部件[6]。

2.2 鍵盤設計

鍵盤分為兩個部分，一部分是獨立音符按鍵，可以實現電子琴彈奏的功能，當依次按下時，電子琴會發出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si、Do（高音）8個獨立音符。一部分是功能按鍵，當自動播放鍵按下時，播放提前存儲好的完整音樂，當停止鍵按下時，中斷播放。另外，當某一按鍵被按下時，數碼管也會顯示出相應的數字[7]。

2.3 顯示及揚聲設計

（1）顯示：本設計選用8段共陽極LED數碼管作為顯示，顯示方式采用動態顯示，并加上一個排阻，起限流作用，單片機通過查表得出相應的段碼，LED數碼管就會依次顯示對應的樂譜數字，以此達到數碼管和單片機的連接。

（2）揚聲：單片機揚聲的實質是由脈沖信號驅動喇叭。由于單片機端口的驅動能力很弱，所以不能直接驅動揚聲器，所以在本設計中通過一個NPN型的三極管將單片機P1.0引腳輸出的方波信號進行放大處理，然后驅動揚聲器發聲。

3 軟件設計

需要完成以下任務：檢測鍵碼，判斷按下的是音符按鍵還是播放音樂的功能按鍵，若是音符按鍵，則根據鍵碼查詢音調表得到計數初值，給計時器賦值，讓其發出相應頻率的方波信號;若是播放音樂的功能按鍵，則播放提前存儲好的音樂，播放完畢或中斷鍵按下時返回鍵盤掃描主程序，繼續檢測是否有鍵按下[8-10]。程序流程圖如圖3所示。

4 結語

本設計以單片機作為主控核心部件進行設計，利用簡單的鍵盤輸入和揚聲組合，能夠基本實現電子琴的各項功能。本設計力求用簡單的結構完成精準的控制，具有較為可觀的實用價值。

參考文獻

[1] 顧嚴，邢巖.基于單片機的微型電子琴建模[J].科技資訊，2019（2）：112+116.

[2] 樓俊君，程啟明，趙永熹.PROTEUS仿真軟件在單片機實踐課程中的應用[J].電腦知識與技術，2018（30）：91-92.

[3] 楊坤，湯艷坤，石靜苑.基于RC橋式振蕩電路的電子琴電路的設計[J].電子制作，2018（15）：87-88+64.

[4] 葛水河，張窩羊，楊旭輝.基于單片機的16鍵多功能電子琴硬件設計[J].時代農機，2018（7）：233-234.

[5] 李佳琪.基于單片機的簡易電子琴設計[J].科技風，2018（6）：1.

[6] 路曦.簡易電子琴的設計與實現[J].科技經濟導刊，2018，26（5）：41.

[7] 舒景東，劉龍.基于LabVIEW的簡易鍵盤電子琴設計[J].山西電子技術，2017（4）：66-68.

[8] 杜鳴笛，何淑珍.基于Labview壓力電子琴的設計[J].科技資訊，2017（17）：97-98+100.

[9] 張毅剛.單片機原理及應用[M].3版.北京：高等教育出版社2016.

[10] 戴佳.單片機C語言應用程序設計實例精講[M].1版.北京：電子工業出版社，2006.