CN201570248U

CN201570248U - 一种电子琴系统

Info

Publication number: CN201570248U
Application number: CN2009202144952U
Authority: CN
Inventors: 黄丽佳
Original assignee: Shanghai Polytechnic University
Current assignee: Shanghai Polytechnic University
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-11-30

Abstract

一种电子琴系统，包含核心模块、发音模块和键盘模块。核心模块通过串口设备与发音模块和键盘模块进行连接，实现对发音模块和键盘模块的访问。核心模块接收到键盘输入的信号，根据计数值产生不同频率以产生不同音阶，并将不同频率信号输入到发音模块，通过发音元件发出要弹奏按键的声音。本实用新型的优点是：将单片机用作核心模块，具有高性能、高速度等特点；体积小，便于携带；稳定可靠，可广泛使用，其可通过改进键盘模块和发音模块任意增加可弹奏音符数；成本低廉，价格便宜，具有普及性。

Description

一种电子琴系统

技术领域

本实用新型涉及一种电子琴系统，属于计算机程序控制技术领域。

背景技术

一首音乐是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的组合，构成想要的音乐。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，它在现代音乐扮演着重要的角色。单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本实用新型以单片机为核心模块，与键盘模块、发音模块组成一个电子琴系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电子琴系统，将几个模块很好的融合起来，利用单片机产生不同频率来获得要求的音阶，利用功放电路将音乐声音放大，得到想要的音符。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种电子琴系统，包含核心模块、发音模块和键盘模块；

上述的核心模块通过串口设备与发音模块和键盘模块进行连接，实现对发音模块和键盘模块的访问；

核心模块接收到键盘输入的信号，根据计数值产生不同频率以产生不同音阶，并将不同频率信号输入到发音模块，通过发音元件发出要弹奏按键的声音。

上述的电子琴系统，其中，核心模块包含89C51芯片、复位电路和振荡电路；

所述的复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期以上的高电平出现在引脚时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，89C51芯片便循环复位；

所述的振荡电路，时钟发生器对振荡脉冲二分频，把外部已有的时钟信号引入到89C51芯片内。

上述的电子琴系统，其中，发音模块的SPK IN端口用导线与核心模块中的P1.0端口连接。

上述的电子琴系统，其中，键盘模块为4×4总共16个按钮，排列规则为每行每列各4个按钮，通过与8芯排线的连接同核心模块中的P3.7～3.0输入口进行信号的输入。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

1.本实用新型将单片机用作核心模块，具有高性能、高速度等特点；

2.本实用新型的体积小，便于携带；

3.本实用新型稳定可靠，可广泛使用，其可通过改进键盘模块和发音模块任意增加可弹奏音符数；

4.本实用新型成本低廉，价格便宜，具有普及性。

附图说明

图1是本实用新型提供的电子琴系统的总体电路图；

图2是本实用新型提供的电子琴系统核心模块振荡电路的电路图；

图3是本实用新型提供的电子琴系统核心模块复位电路的电路图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本实用新型的较佳实施例：

如图1所示，图1是本实用新型提供的一种电子琴系统，包含核心模块1、发音模块2和键盘模块3。核心模块1通过串口设备与发音模块2和键盘模块3进行连接，实现对发音模块2和键盘模块3的访问。

核心模块包含89C51芯片101、复位电路102和振荡电路103。

89C51芯片是由运算器和控制器组成的微处理器，RAM和ROM组成的存储器，P0、P1、P2、P3四个口组成的I/O端口以及各种寄存器组成的特殊功能寄存器SFR构成。运算器由算数逻辑单元ALU、累加器A和累加器B、暂存寄存器、程序状态寄存器组成。它的任务是完成算术和逻辑运算，位变量处理和数据传送等操作。控制器由指令寄存器IR、指令译码器ID、定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成。89C51芯片的存储器是个HAVORD结构，即程序存储器和数据存储器是两个独立的空间。其片内程序存储器容量为4KB，地址范围是0000H到0FFFH，其片内数据存储器是128B，地址范围是00H到7FH。同时，89C51芯片的I/O有4个8位的并行端口和一个全双工的串行端口，该串行端口是P3的第二功能。89C51芯片的特殊功能寄存器共有21个。

89C51芯片存储器地址空间可分为片内程序存储器和数据存储器和片外程序存储器和数据存储器。程序存储器低端的一些地址是被固定地用作特定的入口地址，其中0000H作为单片机复位后的程序入口地址，0003H是外部中断0的中断服务程序入口地址，000BH是定时器0的中断服务程序入口地址，0013H是外部中断1的中断服务程序入口地址，001BH是定时器1的中断服务程序入口地址，0023H是串行端口的中断服务程序入口地址。对于数据存储器分为片内RAM和片外RAM，片外RAM地址空间为64KB，地址范围是0000H到FFFFH，片内RAM的地址空间是128B，地址范围是00H到7FH，与程序存储器不同的是，片外RAM地址空间与片内RAM地址空间的地址低端0000H到OO7FH是重叠的。

发音模块2的SPK IN端口用导线与核心模块中的P1.0端口连接。

键盘模块3的规格为4×4总共16个按钮，排列规则为每行每列各4个按钮，通过与8芯排线的连接同单片机的P3.7～3.0输入口进行信号的输入。识别规则为：当某一按钮被按下时，当他的所属信号被送至芯片时，通过下列代码先确定该按钮所属的行，然后再确定其所属的列，这样就能具体的确定该具体的按钮。

如图2所示，图2是本实用新型提供的电子琴系统核心模块的复位电路102，复位是使系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这一状态开始工作。单片机的工作也就是从复位开始。在上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。在振荡器运行时，有两个机器周期(24个振荡周期)以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，89C51芯片便循环复位。复位后P0-P3口均置1，引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。当然，复位操作不会对RAM产生影响。其中电容的参数为10uf，电阻是10K。

如图3所示，图3是本实用新型提供的电子琴系统核心模块的振荡电路103，XTAL1第19脚和XTAL2第18脚，XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，时钟发生器对振荡

脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。外部时钟方式就是把外部已有的时钟信号引入到单片机内，外部时钟要有XTAL2端引入，因为此引脚电平与TTL不兼容，应接一个5.1K欧的上拉电阻，XTAL1引脚应接地。

本实用新型的音乐产生原理是：

一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样就可以利用不同的频率的组合，即可构成想要的音乐了，当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样方波频率信号，因此，只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。

若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期(1/频率)，再将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将P1.0反相，然后重复计时再反相。就可在P1.0引脚上得到此频率的脉冲。

利用AT89C51的内部定时器使其工作计数器模式(MODE1)下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令计数器计时956μs/1μs＝956，每计数956次时将I/O反相，就可得到中音DO(523Hz)。

计数脉冲值与频率的关系式是(如公式1所示)：

N＝fi÷2÷fr 公式1

式中，N是计数值；fi是机器频率(晶体振荡器为12MHz时，其频率为1MHz)；fr是想要产生的频率。

其计数初值T的求法如下(如公式2所示)：

T＝65536-N＝65536-fi÷2÷fr 公式2

例如：设K＝65536，fi＝1MHz，求低音DO(261Hz)、中音DO(523Hz)、高音DO(1046Hz)的计数值。

T＝65536-N＝65536-fi÷2÷fr＝65536-1000000÷2÷fr＝65536-500000/fr

低音DO的T＝65536-500000/262＝63627

中音DO的T＝65536-500000/523＝64580

高音DO的T＝65536-500000/1046＝65059

单片机12MHZ晶振，高中低音符与计数T0相关的计数值如表1所示

表1音符频率表

我们要为这个音符建立一个表格，单片机通过查表的方式来获得相应的数据。

低音0-19之间，中音在20-39之间，高音在40-59之间

TABLE：DW 0，63628，63835，64021，64103，64260，64400，64524，0，0

DW 0，63731，63928，0，64185，64331，64463，0，0，0

DW 0，64580，64684，64777，64820，64898，64968，65030，0，0

DW 0，64633，64732，0，64860，64934，64994，0，0，0

DW 0，65058，65110，65157，65178，65217，65252，65283，0，0

DW 0，65085，65134，0，65198，65235，65268，0，0，0

DW 0

音乐的音拍，一个节拍为单位(C调)(如表2所示)

表2曲调值表

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种电子琴系统，包含核心模块(1)、发音模块(2)和键盘模块(3)；其特征在于，

所述的核心模块(1)通过串口设备与发音模块(2)和键盘模块(3)进行连接，实现对发音模块(2)和键盘模块(3)的访问；

2.如权利要求1所述的电子琴系统，其特征在于，所述的核心模块包含89C51芯片(101)、复位电路(102)和振荡电路(103)；

所述的复位电路(102)在振荡器运行时，有两个机器周期以上的高电平出现在引脚时，将使单片机复位，只要这个引脚保持高电平，89C51芯片(101)便循环复位；

所述的振荡电路(103)，时钟发生器对振荡脉冲二分频，把外部已有的时钟信号引入到89C51芯片(101)内。

3.如权利要求1所述的电子琴系统，其特征在于，所述的发音模块的SPK IN端口用导线与核心模块中的P1.0端口连接。

4.如权利要求1所述的电子琴系统，其特征在于，所述的键盘模块为4×4总共16个按钮，排列规则为每行每列各4个按钮，通过与8芯排线的连接同核心模块中的P3.7～3.0输入口进行信号的输入。