本文介绍了结合AT89S52单片机设计出一个简易的电子琴。利用不同的方波频率来得到所需要的音阶。该电子琴成本低，结构紧凑，内置示例音乐，功能全面。适用于单片机初学者。通过本课题的训练可以引导学生对定时／计数器、行列式键盘、音符编码等知识进行综合应用。
一．设计概况
本设计通过采用4x4按钮组成16个按钮矩阵键盘，设计成16个音，用来随意弹奏想要表达的音乐。采用AT89S51单片机为主控元件、4x4矩阵键盘、LM386、扬声器（蜂鸣器）等作为音频输出元件。其原理方框图如下图所示。
二．音乐产生的方法
1．音频脉冲的产生
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，这样我们就可以利用不同的频率的组合，即可构成我们所想要的音乐了，当然对于单片机来说产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时／计数器TO来产生这样方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系弄正确即可。以单片机12MHz晶振为例，列出高中低音符与单片机计数TO相关的计数值下表所示。
为这个音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式来获得相应的数据：低音O -19之间，中音在20 - 39之间，高音在40 - 59之间。（#：表示半音，用于上升或下降半个音。）
2．音乐节拍的产生
每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，上表为节拍与节拍码的对照表。如果1拍为0.4s，1/4拍是0.1s，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，那么1拍对应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY，其余的节拍就是它的倍数，下表为1/4和1/8拍的时间设定。
三．硬件设计
本设计的原理图如上图所示。
1．主控电路
电路由AT89S52单片机控制，采用12MHz晶振。用其P3口，P3.0—P3.7作为4×4矩阵键盘的I/O口。P1.0作为音频信号输出端口。
2．行列式键盘
行列式键盘（也称矩阵式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个3×3的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个4x4的行列结构可以构成一个16键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键。于矩阵键盘中行列线为多键公用，各按键均影响该键所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来比做适当的处理，才能确定闭合键的位置。在本课题中，需要用到的按键比较多，所以采用了行列式键盘接口电路。如下图所示：
3．音频输出电路
本电路中采用LM386作为音频输出电路。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。LM386引脚功能如下图所示。
三．软件设计
本设计采用单片机C语言进行编程，其参考程序见附表。
四．调试
根据原理图制作出的实物图如上图所示。该电路制作较为简单，调试时要注意LM386功放的使用方法。若想使用蜂鸣器发声，可在单片机P1.0口外接三极管驱动蜂鸣器，此处不做详述。
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