基于單片機TA89C2051的電子琴設計

聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機某個口線不斷的輸出“高”“低”電平，則在該口線上就能產生一定頻率的方波，將該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出波形的頻率，從而改變音調。

樂曲中，每一音符對應著確定的頻率，表1給出C調時各音符頻率。如果單片機某個口線輸出“高”“低”電平的頻率和某個音符的頻率一樣，那么將此口線接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。

本系統(tǒng)就是根據此原理設計，對于AT89C2051單片機來說要產生一定頻率的方波大致是先將某口線輸出高電平然后延時一段時間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會產生一定頻率的方波，通過改變延時的時間就可以改變輸出方波的頻率，而單片機延時主要有兩種方法：

第一種方法是使用循環(huán)語句來實現延時，讓單片機循環(huán)的執(zhí)行某條指令然后根據單片機每條指令運行的時間以及循環(huán)的次數來計算延時時間。如下所示：

在上面的延時程序中可以看出：DJNZ指令執(zhí)行時間為2個機器周期，MOV指令執(zhí)行時間為1個機器周期，對于單片機的晶振頻率為12MHz時機器周期為1 μ s。因此可以根據這些指令的執(zhí)行時間和每條指令的循環(huán)次．數計算出以上的延時程序延時時間大約為50ms。但這種方法的計算的延時時間不是很準確并且為達到一定的延時時間先必須進行很復雜的運算。所以在延時時間要求不嚴格的時候才采用這種方法。但對于電子琴電路由于每個音符的頻率值要求比較嚴格，變化范圍不能太大，因此產生方波的頻率也要求比較嚴格，不能采用延時程序來產生此方波。

第二種方法是使用單片機的定時／計數器延時。AT89C2051單片機內部有兩個16位的定時／計數器T0和T1，單片機的定時／計數器實際上是個計數裝置它既可以對單片機的內部晶振驅動時鐘計數也可以對外部輸入的脈沖計數，對內部晶振計數時稱為定時器，對外部時鐘計數時稱為計數器。當對單片機的內部晶振驅動時鐘計數時，每個機器周期定時／計數器的計數值就加1，當計數值達到計數最大值時計數完畢并通知單片機的CPU；對外部輸入的時鐘信號計數時，外部時鐘的每個時鐘上升沿定時／計數器的計數值就加1，當計數值達到計數最大值時計數完畢并通知單片機的CPU。因此，如果知道單片機的機器周期或者外部輸入時鐘信號的周期，單片機就可以根據定時器的計數值計算出定時的時間。用此方法定時十分準確，想得到多大的延時時間就可以給定時器賦一定的計數初值，定時器從預先設置的計數初值開始不斷增1當增加到計數最大值時計數完畢，調整計數初值的大小就可以調整定時器定時的時間，從而達到準確的延時。本系統(tǒng)中就采用第二種方法通過定時/計數器延時。

本系統(tǒng)的具體電路如右圖所示。圖中P1．1-P1．7分別接7個按鍵對應著樂曲中的1、2、3、4、5、6、7七個音符。P3．6口通過功率放大芯片 LM386與喇叭相連。當P1．1～P1.7中有一個按鍵按下時單片機便執(zhí)行相應的子程序對定時器賦一個計數初值同時使P3．6口輸出高電平。當定時器定時結束時將P3．6口的值取反并重新賦計數初值繼續(xù)計數，再次計完時再將P3．6口的值取反再賦初值計數，如此循環(huán)便在P3．6口產生一定頻率的方波， LM386將此方波經過功率放大后通過喇叭輸出便產生對應音符的聲音。按不同的按鍵單片機便執(zhí)行不同的子程序給定時器賦不同的初值得到不同頻率的方波從而輸出不同的聲音，因此按一個按鍵輸出一種音符。
在單片機的特殊功能寄存器中有6個寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用來控制單片機的定時器的，通過編程對這些特殊功能寄存器的讀寫就可以控制單片機的兩個定時器T0、T1。當單片機復位時這6個寄存器默認值都是00H。