基于51单片机的声光电子琴设计

杜平



基于51单片机的声光电子琴设计

杜平*

（广东科学技术职业学院，广东广州，510640）

该设计采用AT89S52单片机作为核心控制器设计的一款简易声光电子琴。通过P0、P2口两组管脚连接的LED灯实现多种闪烁效果，同时配有多首音乐播放和电子琴弹奏功能。音乐的播放采用单片机定时器实现。通过对音阶和节拍的双重设计，音质清晰悦耳。本文对此方案的软硬件进行了介绍，对设计原理进行了系统地阐述。

单片机；电子琴 定时器；流水灯；LED

引言

单片机因其体积小，功能强，价格低廉而广泛应用到了各个行业之中，它具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性。近年来，简易电子琴在玩具和娱乐设施等行业被广泛地推广,给人们的生活增添了很多情趣[1]。本文以单片机为核心开发了一款以音乐和多种led闪烁效果为主要特点的电子琴系统。其优点是运行稳定、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高，具有一定的实用和参考价值。

1 功能概述

该电子琴系统由AT89S52单片机、8个音乐控制按键、led模式按键、LED 显示器等模块组成[2], 系统主要硬件设计如图1所示。

图1 电子琴系统

该电子琴主要实现三个功能。1、按键0控制花样流水灯。每按键一次切换一种样式，共四种样式。2、按键1控制音乐播放。每按键一次切换一首音乐，共三首音乐。3、八个按键P30-P37产生八个音阶。每一次按下后，扬声器发出对应的音阶，可进行音乐演奏[3]。

2 音乐播放设计原理

通过单片机演奏音乐的关键是将音阶转化成电信号。经过分析每个音阶对应着不同的频率，通过向扬声器发送固定频率的脉冲信号，就产出了该音阶。配合不同的节拍，就演奏出了音乐。

2.1 驱动扬声器发出音阶

要产生音阶脉冲，要先计算出该脉冲的周期，然后将此周期除以2，利用定时器进行定时，每当定时完成后就将输出的脉冲取反，就得到了想要的音阶[4]。

该电子琴的单片机时钟工作于12MHZ。采用定时器工作方式1的模式来产生不同频率的脉冲。此种工作方式下定时器通过16位寄存器产生各种频率的定时信号。根据不同频率预先设定初值后，寄存器跟随着时钟周期进行自动加1的操作。在数值加到65535时达到上限[5]，再进行一次加1后产生溢出和中断，同时通知主函数进行中断处理。中断函数中对扬声器进行交替赋值“0”和“1”，产生了脉冲信号。对于不同的音阶，只需要改变定时器的初值来产生不同的频率。其对应关系如表1所示。

表1 音阶频率与计数值对比关系[6-7]

2.2 按照乐谱配合节拍

除了音符以外，节拍也是音乐的关键组成部分。节拍实际上就是音阶持续时间的长短，在单片机系统中可以用延时来实现。先建立一个基本的单位延时函数，将各音阶的延时长度[8]除以单位延时得出延时次数s，将延时次数存入数组。在脉冲频率产生后中调用s次的单位延时函数，就实现了节拍。

3 软件设计方案

软件设计方案中主函数中调用了两个子函数keysan()和check_key()，keysan()根据按键0多次按下切换花样流水灯[9]，根据按键1多次按下切换音乐，check_key()根据不同按键的输入播放对应音阶。设计流程[10]如图2所示。

图2 声光电子琴软件设计流程

4 结束语

本文以单片机AT89S52作为核心控制芯片，设计了一个声光电子琴。文中对电子琴的设计原理，软件设计方法进行了详细的阐述。该电子琴设计思路清晰简洁。可以应用于单片机教学、玩具、娱乐设施等领域。

[1] 邵贝贝. 单片机技术的发展与单片机应用的广泛选择[J]. 电子技术应用, 1993, (3): 4-6.

[2] 徐江维, 李菲. 基于51单片机的电子琴设计[J]. 电子世界, 2017, (09): 125.

[3] 孙万麟. 基于STC89C51单片机的电子琴设计[J]. 电脑知识与技术, 2010, 06(20): 5626-5627.

[4] 彭建英, 彭光含, 曾志刚. 基于单片机的简易电子琴设计[J]. 湖南文理学院学报(自然科学版). 2015, (4): 30-32.

[5] 冯川放. MCS_51单片机定时器的应用与误差纠正[J]. 计算机时代, 2008, (10): 48-49.

[6] 刘建超. 用单片机制作简易电子琴[J]. 单片机开发与应用, 2005, (7): 24-25.

[7] 任肖丽, 王骥. 基于STC89C51单片机的电子琴设计[J]. 电子元器件应用, 2010, 12(7): 27-28.

[8] 朱丽. 基于STC89C54微控制器的模拟电子琴设计[J]. 电脑编程技巧与维护, 2015, (24): 111-112.

[9] 王志, 许建明, 陈炯明. 基于单片机的简易电子琴设计[J]. 电子世界, 2016, (6): 79.

[10] 程家勤, 刘强强, 等. 基于单片机的多功能电子琴设计[J]. 电子电路设计与方案, 2017, (11): 9-11.

Acousto-optic Electronic Organ Based on 51 MCU

DU Ping*

(Guangdong Polytechnic of Science and Technology, Guangdong Guangzhou, 510640, China)

A simple acoustic photoelectronic organ designed by AT89S52 MCU as the core controller is designed in this design. A variety of flickering effects are achieved through the two groups of LED lamps connected by the P0 and P2 ports, with multiple music playback and electronic piano playing. The play of music is realized by timer of MCU. Through the double design of the scale and rhythm, the sound quality is clear and sweet. In this paper, the software and hardware of this scheme are introduced, and the design principle is systematically expounded.

MCU; Electronic; organ Timer; Flow lamp; LED

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.08.021

TN41

J

1672-9129(2017)08-0048-02

杜平. 基于51单片机的声光电子琴设计[J]. 数码设计, 2017, 6(8): 48-49.

DU Ping. Acousto-optic Electronic Organ Based on 51 MCU[J]. Peak Data Science, 2017, 6(8): 48-49.

2017-03-11；

2017-04-15。

杜平（1982-）女，工程师，山东，2008年于华南理工大学硕士毕业,现任职于广东科学技术职业学院，研究方向：主要从事电子技术和计算机方面的教学工作。E-mail:DUPING963@163.com