基于单片机的电子琴设计

董开茂 李红岭 杜志维 张月星 王家祺

摘要：本设计以AT89C51单片机为核心部件，结合键盘输入模块、音频播放模块、数码管显示模块等设计一个简易电子琴。设计可以实现电子琴所具有的基本功能，且具有运行系统稳定，造价成本低等多方面的优势，具有一定的实用价值。

关键词：单片机;电子琴;键盘;音频播放

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0181-02

1 系统方案及功能要求

1.1 系统方案

本设计以AT89C51单片机为核心部件，结合晶振电路、复位电路、键盘输入、音频播放模块及显示模块设计一种简易电子琴[1-3]。系统框架如图1所示。

1.2 功能要求

（1）基本琴键及显示功能[4]：要求电子琴具有可以弹出8种最基本音符的功能，当依次按下键盘区的1-8号按键时，扬声器就会依次发出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si高音段的Do 8种不同的音符，并且LED数码管能够在按下按键的同时对应显示数字Do→1、Re→2、Mi→3、Fa→4、So→5、La→6、Si→7、高Do→8。

（2）自动播放功能[5]：要求在设计中设置1个开始播放按键和1个停止播放按键，当按下开始播放按键时，单片机就会立刻切换到播放音乐模式，播放提前存储好的音乐，在播放过程中，若无停止播放键按下，则将音乐播放完毕后自动停止。若在播放过程中按下停止按键时，就立刻停止播放，回到初始状态。

本设计将在完成这些功能的前提下，尽量保证该设计的流畅运行，确保低成本实现各项功能。

2 硬件电路设计

系统硬件电路如图2所示。

2.1 核心部件

AT89C51是一种容易掌握，便于操作，硬件设计方便的高性能集成芯片，且具有片内振荡器及时钟电路。AT89C51单片机是经济型低价位的微控制器，该芯片功耗低且灵活性强，谐波失真较小、性能稳定，所以在本设计中选择该芯片作为核心部件[6]。

2.2 键盘设计

键盘分为两个部分，一部分是独立音符按键，可以实现电子琴弹奏的功能，当依次按下时，电子琴会发出Do、Re、Mi、Fa、SO、La、Si、Do（高音）8个独立音符。一部分是功能按键，当自动播放键按下时，播放提前存储好的完整音乐，当停止键按下时，中断播放。另外，当某一按键被按下时，数码管也会显示出相应的数字[7]。

2.3 显示及扬声设计

（1）显示：本设计选用8段共阳极LED数码管作为显示，显示方式采用动态显示，并加上一个排阻，起限流作用，单片机通过查表得出相应的段码，LED数码管就会依次显示对应的乐谱数字，以此达到数码管和单片机的连接。

（2）扬声：单片机扬声的实质是由脉冲信号驱动喇叭。由于单片机端口的驱动能力很弱，所以不能直接驱动扬声器，所以在本设计中通过一个NPN型的三极管将单片机P1.0引脚输出的方波信号进行放大处理，然后驱动扬声器发声。

3 软件设计

需要完成以下任务：检测键码，判断按下的是音符按键还是播放音乐的功能按键，若是音符按键，则根据键码查询音调表得到计数初值，给计时器赋值，让其发出相应频率的方波信号;若是播放音乐的功能按键，则播放提前存储好的音乐，播放完毕或中断键按下时返回键盘扫描主程序，继续检测是否有键按下[8-10]。程序流程图如图3所示。

4 结语

本设计以单片机作为主控核心部件进行设计，利用简单的键盘输入和扬声组合，能够基本实现电子琴的各项功能。本设计力求用简单的结构完成精准的控制，具有较为可观的实用价值。

参考文献

[1] 顾严，邢岩.基于单片机的微型电子琴建模[J].科技资讯，2019（2）：112+116.

[2] 楼俊君，程启明，赵永熹.PROTEUS仿真软件在单片机实践课程中的应用[J].电脑知识与技术，2018（30）：91-92.

[3] 杨坤，汤艳坤，石静苑.基于RC桥式振荡电路的电子琴电路的设计[J].電子制作，2018（15）：87-88+64.

[4] 葛水河，张窝羊，杨旭辉.基于单片机的16键多功能电子琴硬件设计[J].时代农机，2018（7）：233-234.

[5] 李佳琪.基于单片机的简易电子琴设计[J].科技风，2018（6）：1.

[6] 路曦.简易电子琴的设计与实现[J].科技经济导刊，2018，26（5）：41.

[7] 舒景东，刘龙.基于LabVIEW的简易键盘电子琴设计[J].山西电子技术，2017（4）：66-68.

[8] 杜鸣笛，何淑珍.基于Labview压力电子琴的设计[J].科技资讯，2017（17）：97-98+100.

[9] 张毅刚.单片机原理及应用[M].3版.北京：高等教育出版社2016.

[10] 戴佳.单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].1版.北京：电子工业出版社，2006.