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簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)論文
摘要:
文章主要探討利用單片機(jī)、8255A、8279等芯片設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)演奏和顯示功能。針對(duì)聲音產(chǎn)生的規(guī)律,系統(tǒng)建立了播放不同音調(diào)的音符所需的音階表、音長(zhǎng)表,并規(guī)定了音符的編碼格式,由鍵盤(pán)控制,使電子琴系統(tǒng)具有自動(dòng)演奏和手動(dòng)彈奏功能。
關(guān)鍵詞:電子琴;8255A;8279
音樂(lè)是由一個(gè)個(gè)音符組成,而音符可通過(guò)對(duì)定時(shí)器送入不同的初值,調(diào)節(jié)定時(shí)器的溢出時(shí)間,輸出頻率可控的方波產(chǎn)生。通常電子琴具備自動(dòng)播放和手動(dòng)彈奏的功能,本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上增加顯示功能,從而使其功能更加完備。
1、系統(tǒng)的基本原理。
本設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)中的定時(shí)器中斷、8279顯示、8255A管理鍵盤(pán)以及喇叭實(shí)現(xiàn)了演奏和顯示功能。針對(duì)聲音有音階、音調(diào)和音長(zhǎng)三種基本特性,通過(guò)對(duì)定時(shí)器T1送入不同的初值,調(diào)節(jié)T1的溢出時(shí)間,輸出頻率可控的方波,從而控制不同音階的音調(diào)高低。而對(duì)于音長(zhǎng)的控制,則可以向定時(shí)器T0送入一個(gè)固定初值,通過(guò)控制定時(shí)器中斷循環(huán)的次數(shù),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)音時(shí)間長(zhǎng)短的控制。對(duì)于音符和曲目的顯示,主要通過(guò)讀入鍵值,判斷所選曲目或音符,輸出到8279上顯示。無(wú)論是手動(dòng)演奏還是自動(dòng)演奏,都涉及到對(duì)鍵盤(pán)的掃描,本系統(tǒng)采用8255來(lái)管理鍵盤(pán),實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的處理。
2、系統(tǒng)硬件電路組成。
針對(duì)電子琴系統(tǒng)具有演奏和顯示功能的要求,將整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路主要分為顯示電路、鍵盤(pán)輸入電路和喇叭驅(qū)動(dòng)電路三部分。其中,由8279控制曲目和音符的顯示,將其數(shù)據(jù)口地址設(shè)置為0FF80H,狀態(tài)口地址設(shè)為0FF82H。用8255來(lái)管理鍵盤(pán),控制鍵值的讀入,其片選端地址設(shè)置為8700H。另外,用撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K1連接到P3.2口控制手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)的選取,將P3.5作為信號(hào)輸出端,接喇叭驅(qū)動(dòng)電路。
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。
�、賹�(duì)音調(diào)的控制:
根據(jù)不同的按鍵,對(duì)定時(shí)器T1送入不同的初值,調(diào)節(jié)T1的溢出時(shí)間,這樣就可以輸出不同音調(diào)頻率的方波。不同音調(diào)下各個(gè)音階的定時(shí)器初值如表1所示。
②對(duì)音長(zhǎng)的控制:
先向定時(shí)器T0送入一個(gè)固定初值,控制中斷循環(huán)的次數(shù),從而得到成倍數(shù)關(guān)系的時(shí)間間隔。按一拍0.64S計(jì)算,取1/16拍為最小間隔,即0.04S,為此設(shè)定T0的初值為63C0。
�、蹣�(lè)譜的編碼規(guī)則:
對(duì)于每個(gè)音符,定義用8位二進(jìn)制數(shù)表示。其中,最高位為1的字符為結(jié)束符,當(dāng)讀到最高位為1時(shí),停止播放;低3位存儲(chǔ)音階碼,即音階表的列數(shù),可為000B～111B (1～7和休止符),休止符表示停頓,不發(fā)音,只有時(shí)間長(zhǎng)短屬性;第3位和第4位存儲(chǔ)音高碼,即音階表的行數(shù),可為00B～10B;第5位和第6位存儲(chǔ)音長(zhǎng)碼,即中斷次數(shù),可為00B～10B。
對(duì)演奏的控制:在手動(dòng)演奏時(shí),規(guī)定先按音調(diào)鍵,后按音階鍵。每次音階鍵按下時(shí),調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序,獲得鍵值,查詢(xún)音階表,獲取定時(shí)器T1的計(jì)時(shí)初值,向喇叭輸入相應(yīng)頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖,發(fā)出相應(yīng)的聲音,若按鍵沒(méi)有松開(kāi),則一直發(fā)聲;若按鍵松開(kāi),則停止發(fā)聲。
在自動(dòng)演奏時(shí),通過(guò)選曲鍵來(lái)確定要播放的音樂(lè),根據(jù)鍵值查詢(xún)曲目表獲取所點(diǎn)歌曲的首地址,依次讀取歌曲的代碼,獲得音階、音調(diào)和音長(zhǎng)信息,播放相應(yīng)的音樂(lè)。當(dāng)讀到結(jié)束符時(shí),停止播放音樂(lè)。
4、結(jié)論。
本電子琴系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)播放和手動(dòng)演奏功能。通過(guò)鍵盤(pán)的控制,能隨時(shí)在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式間相互切換,并且在播放音樂(lè)的同時(shí),將相應(yīng)的字符在數(shù)碼管上顯示出來(lái),而單音符的發(fā)音時(shí)間長(zhǎng)短可由鍵盤(pán)按鍵所按時(shí)間控制。
參考文獻(xiàn):
[1] 劉同法.單片機(jī)外圍接口電路與工程實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.
[2] 馮先成.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.
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