簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（一）

電子琴穩(wěn)定的＋5V電源的電路如圖所示。

電子琴電源電路

電路工作原理：集成塊ICCA6722是該電源電路的核心元件。它能輸出精確而穩(wěn)定的＋5V直流電壓。從IC第1腳輸人＋9V直流電壓，經(jīng)IC內(nèi)電路穩(wěn)壓后，由其第6腳和第8腳輸出＋5V電壓。電壓VDD為ROM、RAM以及CPU中的部分電路供電（CPU中其他電路的工作電壓也由VDD供給）。電壓V（A）DD用于電子琴中模擬電路的小信號(hào)部分。電壓V（D）DD供電子琴中其他數(shù)字電路使用。開(kāi)關(guān)晶體管V受控于IC第3腳。V導(dǎo)通時(shí)，輸出VCC（＋9V）電壓，為兩路功率放大器供電。C點(diǎn)接受來(lái)自CPU的自動(dòng)電源控制信號(hào)。VDD電壓不受C點(diǎn)電平控制，電子琴接通電源時(shí)，IC輸出VDD電壓，CPU中的部分電路工作，使C點(diǎn)為高電平（＋5V）。該高電平送入IC第10腳，不僅控制IC第6腳輸出V（A）DD電壓和V（D）DD電壓，并且使IC第3腳輸出控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)管V導(dǎo)通，輸出VCC電壓。若在17min內(nèi)未彈奏電子琴，CPU會(huì)發(fā)生指令，使C點(diǎn)自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?，切斷V（A）DD、V（DDD和Vcc三路電壓的輸出。

二極管VD1、VD2可防止因外接電源正、負(fù)極接反而損壞電路元件。二極管VD3能保證當(dāng)外接電源斷電時(shí)，自動(dòng)切換為機(jī)內(nèi)電池供電。

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（二）

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（三）

SPCE061A做的小型電子琴

我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制 單片機(jī) 某個(gè)端口的“高”電平或低電平，則在該端口上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。樂(lè)曲中，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，這個(gè)小制做是采用凌陽(yáng)SPCE061A的DAC輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體做法是，先建立一個(gè)有兩百個(gè)數(shù)據(jù)的音頻數(shù)據(jù)表，當(dāng)按不同的按鍵即以不同的頻率往DAC上送數(shù)據(jù)，從而達(dá)到輸出不同音符的目的，為了達(dá)到電子琴的效果，當(dāng)然還得在程序方面稍作修飾了，下面將就具體硬件電路進(jìn)行說(shuō)明。

鍵盤(pán)控制電路：

在這里采用矩陣式排列鍵盤(pán)，如圖所示，這樣可以合理應(yīng)用硬件資源，把16只按鍵排列成4*4矩陣形式，用一個(gè)8位I/O口控制如圖所示。把鍵盤(pán)上的行和列分別接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上。

圖 按鍵控制電路

先置IOA0~IOA3為帶數(shù)據(jù)緩存器的高電平輸出，置IOA4~IOA7為帶下拉電阻的輸管腳，此時(shí)若有鍵按下，取IOA4~IOA7的數(shù)據(jù)將得到一個(gè)值，把此值保存下來(lái)，再置IOA4~IOA7為帶數(shù)據(jù)反相器的高電平輸出，置IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入管腳，此時(shí)若鍵仍沒(méi)彈起，取IOA0~IOA3的數(shù)據(jù)將得到另一個(gè)值，把這兩個(gè)值組合就可得知是哪個(gè)鍵按下了，再通過(guò)匹配得到鍵值，實(shí)際上在這個(gè)小設(shè)計(jì)中只用到了8個(gè)按鍵，但考慮到為廣大電子愛(ài)好者自由發(fā)揮預(yù)留了八個(gè)按鍵，您可以自己設(shè)計(jì)加入別的音符或是別的好玩的啊。

音頻放大電路：

凌陽(yáng)SPCE061A 單片機(jī) 自帶雙通道DAC音頻輸出， DAC1、DAC2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過(guò)AUD1和AUD2管腳輸出， DAC輸出為電流型輸出，經(jīng)LM396音頻放大，即可驅(qū)動(dòng)喇叭放音，放大電路如圖三（只列出了DAC1，DAC2類(lèi)似）。在DAC1、DAC2后面接一個(gè)簡(jiǎn)單的音頻放大電路和喇叭就能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能，這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大方便，音頻的具體功能主要通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（四）

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（五）

25鍵多功能電子琴電路圖

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（六）

通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子琴演奏，實(shí)質(zhì)就是將不同按鍵和特定頻率的方波信號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)，以方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出樂(lè)音。下面簡(jiǎn)單介紹一下樂(lè)音的特性。樂(lè)音實(shí)際上是有固定頻率的信號(hào)。在音樂(lè)理論中，把一組音按音調(diào)高低的次序排列起來(lái)就成為音節(jié)，也就是1、2、3、4、5、6、7和高音1。高音1的頻率正好是中音1頻率的2倍，而且音節(jié)中各音的頻率跟1的頻率之比都是整數(shù)之比。

為了發(fā)出某一特定頻率的樂(lè)音，可以控制單片機(jī)的一個(gè)I/O口產(chǎn)生該頻率的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)電流放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出該樂(lè)音。對(duì)于方波的產(chǎn)生，可以啟用單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，產(chǎn)生溢出中斷。中斷發(fā)生時(shí)，將輸出引腳的電平取反，然后重新載入計(jì)數(shù)器初始值。

因此，正確的設(shè)置定時(shí)器的工作模式和初始計(jì)數(shù)值是發(fā)出樂(lè)音的基礎(chǔ)。例如中音1，其頻率是523Hz，則周期為T(mén)=l/523=1912μs，半個(gè)周期為956μs。根據(jù)單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的機(jī)器周期，就可以算出計(jì)數(shù)器的預(yù)置初始值應(yīng)為多少。例如，假設(shè)采用的單片機(jī)的一個(gè)計(jì)數(shù)周期需要12個(gè)時(shí)鐘周期，當(dāng)采用12MHz晶振時(shí)，一個(gè)計(jì)數(shù)周期即lμs。要定時(shí)956μs，只需設(shè)置其計(jì)數(shù)初值為計(jì)數(shù)最大計(jì)數(shù)值減去956。對(duì)應(yīng)不同的按鍵，調(diào)節(jié)Tl的溢出時(shí)間，即可輸出不同頻率的樂(lè)音，這樣就實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)。

形成每個(gè)樂(lè)音音高的頻率是固定的，下表列出了一個(gè)8度以及其上下共16個(gè)音的音名、頻率及定時(shí)器Tl初值對(duì)照（設(shè)晶體頻率為12MHz）。

該簡(jiǎn)易電子琴的硬件電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，通過(guò)Pl口進(jìn)行按鍵掃描，從P0.1口輸出方波信號(hào)，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響。系統(tǒng)硬件電路如下圖所示。

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（七）

時(shí)鐘電路

本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。

MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為16PF。

復(fù)位電路

在復(fù)位電路方案挑選的時(shí)候有兩種選擇的，上電復(fù)位和按扭復(fù)位，上電復(fù)位是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而按扭復(fù)位是電源對(duì)外節(jié)電容的充電使RST為高電平，復(fù)位松開(kāi)后，電容通過(guò)下拉電阻放電，使RST恢復(fù)低電平。為了制作軟件的方便我們還是選擇用按扭復(fù)位，因?yàn)樗容^直觀。

鍵盤(pán)彈奏

本系統(tǒng)利用P1為按鍵接入口，琴鍵輸入是通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)完成的。由于89C51單片機(jī)的八位I/O口足以能實(shí)現(xiàn)控制各音階的輸出，并且獨(dú)立式鍵盤(pán)的編程容易易懂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便，而且每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O接口線，每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響，所以采用獨(dú)立式鍵盤(pán)。利用靜態(tài)掃描的方法，在P0口輸出，當(dāng)每次按下一個(gè)琴鍵，在共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示相對(duì)應(yīng)的鍵碼號(hào)，這樣可以使彈奏者清楚知道自己彈奏的音譜。

揚(yáng)聲器電路

揚(yáng)聲器發(fā)生原理：只要讓揚(yáng)聲器（speaker）通過(guò)會(huì)產(chǎn)生大小變化的電流，就能使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。因此，若以程序不斷地輸出1-》0-》1-》0-》。就可令揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。對(duì)檢測(cè)到得按鍵值進(jìn)行判斷后，是琴鍵則跳轉(zhuǎn)至琴鍵處理程序，根據(jù)檢測(cè)到得按鍵值，查詢(xún)音律表，給計(jì)時(shí)器賦值，使發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。檢測(cè)到按鍵按下的是自動(dòng)播放歌曲功能鍵后執(zhí)行該程序，揚(yáng)聲器會(huì)自動(dòng)播放事先已經(jīng)存放好的歌曲，直到歌曲播放完畢。

總電路圖

簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)電路圖（八）

基本樂(lè)理知識(shí)

音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂(lè)音（復(fù)音）的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來(lái)決定。也即一定頻率的聲音對(duì)應(yīng)特定的樂(lè)音。在以C調(diào)為基準(zhǔn)音的八度音階中，所對(duì)應(yīng)的頻率如表1所示。如果能夠通過(guò)某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號(hào)，再通過(guò)揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，就能制作出簡(jiǎn)易的樂(lè)音發(fā)生器，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu)，就可實(shí)現(xiàn)電子琴的制作了。

設(shè)計(jì)電路圖如圖所示。

圖即是八音階微型電子琴的原理電路圖，8個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)著電子琴8個(gè)音階琴鍵，使用時(shí)只能同時(shí)閉合一個(gè)開(kāi)關(guān)。

在實(shí)際電路中，為達(dá)到起振條件AF》1，常用兩個(gè)二極管與電阻并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于熱敏電阻的功效。另外需要說(shuō)明的是，理論上電路的初始信號(hào)是由環(huán)境噪聲及電路本身的電壓提供的。實(shí)際操作時(shí)，為使現(xiàn)象更明顯，也可通過(guò)對(duì)電路中的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另外，電路中的運(yùn)算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5V，所以還需要用7809穩(wěn)壓管、整流橋等元器件制作帶負(fù)電源的電源電路，同電子琴電路一塊整合到電路板上，制作成可直接使用的完整成品。