基于单片机的简易钢琴模拟器

【摘 要】钢琴是源自西洋古典音乐中的一种键盘乐器，普遍用于独奏、重奏、伴奏等演出，用于作曲和排练音乐十分方便。其声音优美动听，吸引很多人去学习钢琴，但是由于钢琴造价高昂，价格是很多人无法承受的。随着科学技术发展，用电路来产生不同频率的信号模拟成不同音阶形成的模拟钢琴开始收到多数人的欢迎。本次设计就是基于单片机的简易钢琴模拟器。

【关键词】单片机；钢琴模拟器；矩阵键盘；晶振电路；LED电路；蜂鸣器

一、简易钢琴模拟器模拟器的功能说明

简易钢琴模拟器是能通过单片机产生不同频率的信号来控制蜂鸣器产生1.2.3.4.5.6.7不同音阶的声音来模拟钢琴声音的模拟器，并且伴随相应的LED灯亮。

二、简易钢琴模拟器模拟器的组成

简易钢琴模拟器模拟器主要由矩阵键盘（4*4），89c51芯片，喇叭Speaker，LED（7个）组成。

三、简易钢琴模拟器模拟器原理

简易钢琴是基于89C51单片机的电子琴。输入端在矩阵键盘的控制下，通过单片机的处理，在输出端即喇叭和LED灯上发出高、低（1，2，3，4，5，6，7）14个音阶和亮相应的灯。通过给定时器输入不同的初值来控制蜂鸣器，从而发出不同频率的声音，并将信号解码，输入至共阳极的LED灯组，以使相应的LED灯亮。矩阵按键接单片机的P3口，LED接P1口，蜂鸣器接P2^7口。

四、软硬件设计考虑

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。89C51单片机功能强能满足本产品的要求，且价格低廉。无源蜂鸣器：无源蜂鸣器的优点是：便宜、声音频率可控、可以做出“多来米发索拉西”的效果、在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。LED灯：LED灯的采用是为了更直观的表现音阶变化。

软件采用C语言编程，单片机C语言可移植性好，编写程序时更方便。

硬件电路设计

1.输入端：矩阵键盘（4*4）；2.89C51单片机；3.晶振电路

本产品设计单片机的振荡电路采用了内部时钟方式，在XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，组成并联谐振电路，构成稳定的自激振荡器，如下图所示，晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。此设计中振荡频率11.0592M。

4.LED电路：共阳极，P10--P17端，低电平有效，排阻控制电流。

5.蜂鸣器

为无源蜂鸣器，便宜、声音频率可控、可以做出“多来米发索拉西”的效果、在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。本设计蜂鸣器通过uln2003芯片引脚10和7连入单片机，引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。ULN2003是大电流驱动阵列，多用于单片机。

软件程序设计（整个软件程序借鉴了单片机练习板配套音乐软件，对其作了修改）

（一）音节音频表

code unsigned char FREQH[]={ 0xF2，0xF3，0xF5，0xF5，0xF6，0xF7，0xF8，

0xF9，0xF9，0xFA，0xFA，0xFB，0xFB，0xFC，0xFC， //1，2，3，4，5，6，7，8，i

0xFC，0xFD，0xFD，0xFD，0xFD，0xFE，0xFE，0xFE，0xFE，0xFE，0xFE，0xFE，0xFF，}； // 音阶频率表 高八位

code unsigned char FREQL[]={ 0x42，0xC1，0x17，0xB6，0xD0，0xD1，0xB6，

0x21，0xE1，0x8C，0xD8，0x68，0xE9，0x5B，0x8F， //1，2，3，4，5，6，7，8，i

0xEE，0x44， 0x6B，0xB4，0xF4，0x2D， 0x47，0x77，0xA2，0xB6，0xDA，0xFA，0x16，}；// 音階频率表 低八位

（二）音乐处理函数

void song（） { TH1=timer0h； TL1=timer0l； TR1=1； delay1（time）；}

（三）播放函数

延时1

void delay（uint z） {uchar x，y； for（x=z；x>0；x++） for（y=110；y>0；y++）；}

五、总结和建议

本次设计让我们对单片机的认识有了很大的提高，不同于以往更多的局限于单片机书面知识的学习，本次密集度相当高的的实际操作单片机让我们对书面知识有了直观的认识。通过实际操作可以很容易的理解许多之前模糊不清或者根本不懂的概念，许多很抽象很难理解的概念在实际操作中却很容易理解。在做成本课程设计之前，我们用单片机联系板尝试的做了一些其他简单有趣的小实验，比如用动态扫描让三个数码管显示“ILU”的字样等，这些实验增加了我们对单片机学习的兴趣。

【参考文献】

[1]王东峰等.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社，2009.

[2]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.

[3]刘守义等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007.

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