单片机电子琴设计

马巍

摘 要：电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。本文设计的单片机电子琴，利用单片机强大的控制和灵活的编程功能，产生不同频率，获得所需要的音阶，可演奏出美妙的音乐。

关键词：单片机；电子琴；音阶

本文设计的产品为简易电子琴，基本要求为能够发出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八个音阶皆可。

一、硬件电路

本设计要用的元器件有芯片AT89C51、音频集成功放LM386、蜂鸣器（喇叭）和按键。如图所示：

■

单片机P2口为接口，接有一组共8个按键。这8个按键是S1∽S8，通过排阻，分别按顺序与单片机的P2口P2.0∽P2.7相接，按键另一端接地，若按下S1，则发中音Do，若按下S2，则发中音Re，以此类推。

LM386是一种音频集成功放，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，被广泛应用于录音机和收音机之中。电路中由P1.0口控制一个LM386功率放大器，经功率放大器控制发声器件蜂鸣器（喇叭）。当P1.0口输出为低电平时，功率放大器导通，蜂鸣器（喇叭）通电；当P1.0口输出为高电平时，功率放大器截止，蜂鸣器（喇叭）断电。通过连续不断周期性地改变P1.0口的高、低电平，就会产生一定频率的矩形波，蜂鸣器（喇叭）就能发出一定频率的声音。

单片机内部由大量的时序电路构成，没有时钟脉冲即“脉搏”的跳动，单片机的各个部分将无法工作。所以在单片机的内部集成有振荡电路，只需将晶振和电容接到单片机的18（XTAL2）、19（XTAL2）脚，一个完整的振荡器即“心脏”就构成了，只要接通电源，这个心脏的脉搏就会按固定频率开始跳动。晶振的频率决定了单片机的快慢，本次设计中晶振的频率是12MHz。

单片机9脚RST端口接入一个复位电路，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（1个机器周期包含12个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为1/12μs，2个机器周期为2μs，因此，我们可在第9脚上连接一个可让该引脚上产生一个2μs以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。

本次设计中我们可以预留一个口作为扩展功能，如播放一段音乐。

二、音阶的产生

音阶就是人们通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7个频率之间满足某种数学关系由低到高排列的自然音，一旦确定某一个音比如Do的频率，其他音的频率也就确定了。音调是指声音的高低，由声音的频率来决定，确定某一个音Do的频率，就确定了音调。通过改变单片机输出脉冲高低电平的保持时间和频率，就可以得到音阶和调节不同的音调。本次设计中单片机的晶振为12MHz，则机器周期T为1μs，选择工作方式1，利用公式（216-X）T=定时时间（X为TH0，TL0的定时初值）。例如：频率为523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定数器定时1912μs/2=956μs，每到定时956μs时就将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计算初值。如下表：

电子琴音符与单片机频率的关系

■

三、软件设计思路

在主程序中，首先定时器T0初始化，然后关闭定时器T0，通过扫描键盘进行按键的识别。读P2口的状态，若有按键按下，则延时10ms去抖动，再读P2口的状态判断是几号按键按下，并跳转到相应的程序，查表得相应按键的定时初值，启动定时器T0将不同按键所对应的频率信号发送到集成运放中放大，最后送给喇叭发出对应的音阶的声音。程序随后继续扫描按键，若按键保持按下状态，则定时器T0继续保持工作状态，直到按键松开，定时器T0停止工作，返回初始状态，等待下一次的扫描按键结果。当程序中断时，程序保存现场，并重装TH0、TL0的初值，然后将P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中断返回。按照此方法将设计的电子琴做成实物，能够实现弹奏音乐的功能。

摘 要：电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。本文设计的单片机电子琴，利用单片机强大的控制和灵活的编程功能，产生不同频率，获得所需要的音阶，可演奏出美妙的音乐。

关键词：单片机；电子琴；音阶

本文设计的产品为简易电子琴，基本要求为能够发出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八个音阶皆可。

一、硬件电路

本设计要用的元器件有芯片AT89C51、音频集成功放LM386、蜂鸣器（喇叭）和按键。如图所示：

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单片机P2口为接口，接有一组共8个按键。这8个按键是S1∽S8，通过排阻，分别按顺序与单片机的P2口P2.0∽P2.7相接，按键另一端接地，若按下S1，则发中音Do，若按下S2，则发中音Re，以此类推。

LM386是一种音频集成功放，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，被广泛应用于录音机和收音机之中。电路中由P1.0口控制一个LM386功率放大器，经功率放大器控制发声器件蜂鸣器（喇叭）。当P1.0口输出为低电平时，功率放大器导通，蜂鸣器（喇叭）通电；当P1.0口输出为高电平时，功率放大器截止，蜂鸣器（喇叭）断电。通过连续不断周期性地改变P1.0口的高、低电平，就会产生一定频率的矩形波，蜂鸣器（喇叭）就能发出一定频率的声音。

单片机内部由大量的时序电路构成，没有时钟脉冲即“脉搏”的跳动，单片机的各个部分将无法工作。所以在单片机的内部集成有振荡电路，只需将晶振和电容接到单片机的18（XTAL2）、19（XTAL2）脚，一个完整的振荡器即“心脏”就构成了，只要接通电源，这个心脏的脉搏就会按固定频率开始跳动。晶振的频率决定了单片机的快慢，本次设计中晶振的频率是12MHz。

单片机9脚RST端口接入一个复位电路，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（1个机器周期包含12个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为1/12μs，2个机器周期为2μs，因此，我们可在第9脚上连接一个可让该引脚上产生一个2μs以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。

本次设计中我们可以预留一个口作为扩展功能，如播放一段音乐。

二、音阶的产生

音阶就是人们通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7个频率之间满足某种数学关系由低到高排列的自然音，一旦确定某一个音比如Do的频率，其他音的频率也就确定了。音调是指声音的高低，由声音的频率来决定，确定某一个音Do的频率，就确定了音调。通过改变单片机输出脉冲高低电平的保持时间和频率，就可以得到音阶和调节不同的音调。本次设计中单片机的晶振为12MHz，则机器周期T为1μs，选择工作方式1，利用公式（216-X）T=定时时间（X为TH0，TL0的定时初值）。例如：频率为523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定数器定时1912μs/2=956μs，每到定时956μs时就将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计算初值。如下表：

电子琴音符与单片机频率的关系

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三、软件设计思路

在主程序中，首先定时器T0初始化，然后关闭定时器T0，通过扫描键盘进行按键的识别。读P2口的状态，若有按键按下，则延时10ms去抖动，再读P2口的状态判断是几号按键按下，并跳转到相应的程序，查表得相应按键的定时初值，启动定时器T0将不同按键所对应的频率信号发送到集成运放中放大，最后送给喇叭发出对应的音阶的声音。程序随后继续扫描按键，若按键保持按下状态，则定时器T0继续保持工作状态，直到按键松开，定时器T0停止工作，返回初始状态，等待下一次的扫描按键结果。当程序中断时，程序保存现场，并重装TH0、TL0的初值，然后将P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中断返回。按照此方法将设计的电子琴做成实物，能够实现弹奏音乐的功能。

摘 要：电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。本文设计的单片机电子琴，利用单片机强大的控制和灵活的编程功能，产生不同频率，获得所需要的音阶，可演奏出美妙的音乐。

关键词：单片机；电子琴；音阶

本文设计的产品为简易电子琴，基本要求为能够发出中音Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si和高音Do八个音阶皆可。

一、硬件电路

本设计要用的元器件有芯片AT89C51、音频集成功放LM386、蜂鸣器（喇叭）和按键。如图所示：

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单片机P2口为接口，接有一组共8个按键。这8个按键是S1∽S8，通过排阻，分别按顺序与单片机的P2口P2.0∽P2.7相接，按键另一端接地，若按下S1，则发中音Do，若按下S2，则发中音Re，以此类推。

LM386是一种音频集成功放，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，被广泛应用于录音机和收音机之中。电路中由P1.0口控制一个LM386功率放大器，经功率放大器控制发声器件蜂鸣器（喇叭）。当P1.0口输出为低电平时，功率放大器导通，蜂鸣器（喇叭）通电；当P1.0口输出为高电平时，功率放大器截止，蜂鸣器（喇叭）断电。通过连续不断周期性地改变P1.0口的高、低电平，就会产生一定频率的矩形波，蜂鸣器（喇叭）就能发出一定频率的声音。

单片机内部由大量的时序电路构成，没有时钟脉冲即“脉搏”的跳动，单片机的各个部分将无法工作。所以在单片机的内部集成有振荡电路，只需将晶振和电容接到单片机的18（XTAL2）、19（XTAL2）脚，一个完整的振荡器即“心脏”就构成了，只要接通电源，这个心脏的脉搏就会按固定频率开始跳动。晶振的频率决定了单片机的快慢，本次设计中晶振的频率是12MHz。

单片机9脚RST端口接入一个复位电路，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（1个机器周期包含12个时钟脉冲），即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为1/12μs，2个机器周期为2μs，因此，我们可在第9脚上连接一个可让该引脚上产生一个2μs以上的高电平脉冲，即可产生复位的动作。

本次设计中我们可以预留一个口作为扩展功能，如播放一段音乐。

二、音阶的产生

音阶就是人们通常唱出的Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si，它是7个频率之间满足某种数学关系由低到高排列的自然音，一旦确定某一个音比如Do的频率，其他音的频率也就确定了。音调是指声音的高低，由声音的频率来决定，确定某一个音Do的频率，就确定了音调。通过改变单片机输出脉冲高低电平的保持时间和频率，就可以得到音阶和调节不同的音调。本次设计中单片机的晶振为12MHz，则机器周期T为1μs，选择工作方式1，利用公式（216-X）T=定时时间（X为TH0，TL0的定时初值）。例如：频率为523Hz，其周期T=1/523=1912μs，因此只要令定数器定时1912μs/2=956μs，每到定时956μs时就将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。那么，可以根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计算初值。如下表：

电子琴音符与单片机频率的关系

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三、软件设计思路

在主程序中，首先定时器T0初始化，然后关闭定时器T0，通过扫描键盘进行按键的识别。读P2口的状态，若有按键按下，则延时10ms去抖动，再读P2口的状态判断是几号按键按下，并跳转到相应的程序，查表得相应按键的定时初值，启动定时器T0将不同按键所对应的频率信号发送到集成运放中放大，最后送给喇叭发出对应的音阶的声音。程序随后继续扫描按键，若按键保持按下状态，则定时器T0继续保持工作状态，直到按键松开，定时器T0停止工作，返回初始状态，等待下一次的扫描按键结果。当程序中断时，程序保存现场，并重装TH0、TL0的初值，然后将P1.0口取反，重新送入P1.0，最后中断返回。按照此方法将设计的电子琴做成实物，能够实现弹奏音乐的功能。