基于AT89S51单片机的电子琴设计

　　本文介绍基fAT89S51单片机设计的一款简易电子琴，利用不同的方波频率得到所需要的音阶。

　　一、设计概况
　　
　　用4x4按钮共16个按钮键盘设计成16个音，以随意弹奏想要表达的音乐，系统框图如下图所示。

　　二、音乐的产生
　　
　　1．音频脉冲的产生
　　
　　一首音乐是由许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，可以利用不同的频率组合，来构成所想要的音乐，也可以利用单片机的定时，计数器T0来产生这样的方波频率信号。也就是说．只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。以51单片机采用12MHz晶振为例．列出高中低音符与单片机计数TO相关的计数值如表1所示。

　　为音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音在0-19之间．中音在20~39之间，高音在40_59之间（#：表示半音，用于上升或下降半个音）。

　　2．音乐节拍的产生
　　
　　每个音符使用1个字节，其中，高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，上表为节拍与节拍码的对照表．，如果l拍为0.4s，l／4拍是o.ls．只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY．那么1拍对应为4DFI．AY．以此类推。所以，只要求得1/4拍的DElAY．其余的节拍就是它的倍数，下表为1/4和1/8拍的叫问设定．

　　
　　三、硬件设计本
　　
　　设计的电路如下图所示。

　　1．主控电路电路由AT89S51单片机控制，采用12MHz晶振。用其P3.O~P3.7作为4x4矩阵键盘的I/O口．Pl.0作为音频信号输出端。

　　2．行列式键盘行列式键盘（也称矩阵式键盘）由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个4x4的行列结构可以构成一个16键的键盘，按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5v上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平也为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键。于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。

　　因此各按键彼此将发生影响，所以必须将行列信号配合起来进行适当的处理，才能确定闭合键的位置。本课题需要用到的按键比较多，所以采用行列式键盘接口电路。

　　3．音额输出电路
　　
　　本电路中采用LM386作为音频输出电路。LM386是一种音频集成功放块，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点．广泛应用于录音机和收音机之中。为使外围元件最少，电压增益内置为20。若在(1)脚、(8)脚之间增加一只外接电阻和电容．便可将电匝增益调节，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半。在6V电源电压下，其静态功耗仅为24mW．使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386引脚功能如右图所示。

　　三、软件设计
　　
　　本设计采用单片机C语言进行编程。限于篇幅，其参考程序此处无法刊出。

　　四、调试与总结
　　
　　根据原理图制作的实物如下 图所示。该电路制作简单。调试时，要注意LM386功放的使用方法。若想使用蜂鸣器发声，可在单片机Pl.0口外接i极管驱动蜂鸣器。