單片機簡易電子琴設計方案（一）

設計一簡易電子琴，要求能夠發出1、2、3、4、5、6、7等七個音符。

原理：

由于一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同的頻率的組合，即可構成我們所想要的音樂了，當然對于單片機來產生不同的頻率非常方便，我們可以利用單片機的定時/計數器T0來產生這樣方波頻率信號，因此，我們只要把一首歌曲的音階對應頻率關系弄正確即可。

本次設計中單片機晶振為12MHZ，那么定時器的計數周期為1MHZ，假如選擇工作方式1，那T值便為T=216--5﹡105/相應的頻率，那么根據不同的頻率計算出應該賦給定時器的計數值，列出不同音符與單片機計數T0相關的計數值如下表所示：

單片機簡易電子琴設計方案（二）

通過單片機實現電子琴演奏，實質就是將不同按鍵和特定頻率的方波信號對應起來，以方波信號驅動蜂鳴器發出樂音。下面簡單介紹一下樂音的特性。樂音實際上是有固定頻率的信號。在音樂理論中，把一組音按音調高低的次序排列起來就成為音節，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，而且音節中各音的頻率跟1的頻率之比都是整數之比。

為了發出某一特定頻率的樂音，可以控制單片機的一個I/O口產生該頻率的方波信號，經過電流放大后驅動蜂鳴器發出該樂音。對于方波的產生，可以啟用單片機的一個定時器進行計時，產生溢出中斷。中斷發生時，將輸出引腳的電平取反，然后重新載入計數器初始值。

因此，正確的設置定時器的工作模式和初始計數值是發出樂音的基礎。例如中音l，其頻率是523Hz，則周期為T=l/523=1912μs，半個周期為956μs。根據單片機計數器計數的機器周期，就可以算出計數器的預置初始值應為多少。例如，假設采用的單片機的一個計數周期需要12個時鐘周期，當采用12MHz晶振時，一個計數周期即lμs。要定時956μs，只需設置其計數初值為計數最大計數值減去956。對應不同的按鍵，調節Tl的溢出時間，即可輸出不同頻率的樂音，這樣就實現了簡易電子琴的設計。

形成每個樂音音高的頻率是固定的，下表列出了一個8度以及其上下共16個音的音名、頻率及定時器Tl初值對照（設晶體頻率為12MHz）。

該簡易電子琴的硬件電路設計較簡單，通過Pl口進行按鍵掃描，從P0.1口輸出方波信號，經三極管放大后驅動蜂鳴器發出聲響。系統硬件電路如下圖所示。

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單片機簡易電子琴設計方案（三）

基本樂理知識

音調主要由聲音的頻率決定，樂音（復音）的音調更復雜些，一般可認為主要由基音的頻率來決定。也即一定頻率的聲音對應特定的樂音。在以C調為基準音的八度音階中，所對應的頻率如表1所示。如果能夠通過某種電路結構產生特定頻率的波形信號，再通過揚聲器轉換為聲音信號，就能制作出簡易的樂音發生器，再結合電子琴的一般結構，就可實現電子琴的制作了。

設計電路圖如圖所示。

圖即是八音階微型電子琴的原理電路圖，8個開關對應著電子琴8個音階琴鍵，使用時只能同時閉合一個開關。

在實際電路中，為達到起振條件AF》1，常用兩個二極管與電阻并聯，可實現類似于熱敏電阻的功效。另外需要說明的是，理論上電路的初始信號是由環境噪聲及電路本身的電壓提供的。實際操作時，為使現象更明顯，也可通過對電路中的電容充電來實現。

另外，電路中的運算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5V，所以還需要用7809穩壓管、整流橋等元器件制作帶負電源的電源電路，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。

單片機簡易電子琴設計方案（四）

NE555做的8鍵簡易電子琴

原理圖：

實物圖：

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單片機簡易電子琴設計方案（五）

簡易電子琴電路

單片機簡易電子琴設計方案（六）

電路工作原理：Rp1~Rp13為電子琴的音階電阻，也是振蕩器的定時電阻，C2為寬放電電容，S1—S13，為琴鍵開關。按下S1一S13中的任一個，比如按下S1，則+6V電源經Rp1，和S1向C2充電。因充電初始C2端電壓為零，故VT1不能導通。此時+6V電源經R為VT2提供基極偏置，VT2導通，電流經VT2的c、e極流過揚聲器，并在揚聲器兩端產生較高的電壓降。