一种基于单片机控制的电子琴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于单片机控制的电子琴，包括核心模块，在核心模块的输入端连接有按键模块，核心模块的输出端连接有发音模块和LED显示模块。其中，核心模块采用飞思卡尔MC9S12XS128单片机，按键模块采用16个电容式圆形按键，发音模块采用音频集成功放器LM386以及LED显示模块采用LED5110显示屏。基于MC9S12XS128单片机的电子琴通过检测被按键的标号，改变计数初始值，产生不同频率的方波脉冲信号，经发音模块可发出16种不同音阶的音符。其电路结构简单，制作成本低，易于推广。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子乐器
，具体涉及一种基于单片机控制的电子琴。
技术介绍
随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活和工作，其中电子琴就是其中代表之一。单片机技术使可以利用软硬件实现电子琴的功能，从而实现电子琴的微型化，可以用作玩具琴、音乐转盘以及音乐童车等等。并且可以进行一定的功能扩展。鉴于传统电子琴可以用键盘上的“kl”到“kl6”键演奏从低SO到高DO等16个音，从而可以用来弹奏喜欢的乐曲。但传统电子琴需要振荡器根据需要产生一定频率的振荡信号，振荡信号通过分频器分解成不同频率的信号输送到放大器将信号放大，推动扬声器发出声音，结构复杂。同时传统电子琴成本相对高昂，功能单一。
技术实现思路
为了解决传统电子琴技术中存在的发音需要振荡器和分频器两部分完成声音信号输出至扬声器发出声音，结构过于复杂，成本高昂，功能单一的问题，本技术的目的在于，提供一种基于单片机控制的电子琴。为了实现上述任务，本技术的技术方案是这样实现的:一种基于单片机控制的电子琴，包括核心模块，其特征在于，在核心模块的输入端连接有按键模块，核心模块的输出端连接有发音模块和LED显示模块。本技术的其他特点是:所述的核心模块采用MC9S12XS128单片机。所述按键模块由16个圆形贴片按键组成，采用4X4行列式矩阵排列，按键模块采用非编码键盘，被按键识别采用行扫描法。所述发音模块包括放大器和扬声器。所述LED显示模块选择LED5110显示屏。本技术的基于单片机控制的电子琴，其电路结构简单，制作成本低，易于推广。附图说明图1为基于MC9S12XS128单片机的电子琴结构示意框图。图2为核心模块MC9S12XS128单片机功能引脚图。图3为按键模块按键原理图。图4为音频集成功放LM386连接电路图。图5为LED5110显示屏连接电路图。以下结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。具体实施方式如图1所示，本实施例给出一种基单片机控制的电子琴的结构示意框图，主要包括核心模块1、按键模块2、发音模块3和LED显示模块4。其中，按键模块2连接至核心模块I的输入端，发音模块3和LED显示模块4连接至核心模块I的输出端。本实施例中，核心模块I采用飞思卡尔公司生产的16位精度的MC9S12XS128单片机，MC9S12XS128单片机由5V供电，芯片内部含有128K的Flash存储器，8K的RAM，8K的EEPR0M,两路串行通信接口，一路串行外围接口，8路定时器通道，2个八路可调转换精度的A/D 口，8路P WM输出，I路内部计数器等，芯片主频可超调到80至96 MHz。其具有供电电压低，响应速度快，处理速度高，价格低廉，稳定可靠等优点。MC9S12XS128单片机检测按键模块的信号，根据检测信号设置相应的计数初始值改变产生的方波信号频率。MC9S12XS128单片机的功能引脚图如图2所示。图3为按键模块2的原理图，采用4X4行列式矩阵排列形式，键盘采用16个电容式圆形按键同时采用非编码键盘，16个按键对应16个不同音乐音阶。键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。按键模块2具有去抖动、防串键、被按键识别和键码高效快速产生的功能。按键模块2在被按键识别中采用行扫描法即程序对键盘逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。按键模块2通过PA0-PA7与MC9S12XS128单片机通讯，MC9S12XS128单片机检测按键模块2信号，并根据检测信号做出相应反应。键盘按键的识别、键码的确定与输入、去抖动和防串键等功能由MC9S12XS128单片机内部的软件完成。每个按键在按下或松开时，会产生短时间的抖动，一般持续时间为5-20ms，为保证被按键识别正确无误，在程序中可设置延时30ms，若在30ms后，核心模块仍检测到某个按键处于接通或断开状态，则判断该按键处于按下或断开状态。为解决多个键同时按下或者前一按键没有释放又有新按键按下时产生的问题，在程序中采用双键锁定算法，当有两个或两个以上按键按下时，只把最后释放的键当作有效键并产生相应的键码。按键模块2通过MC9S12XS128单片机的8个I/O 口 PA0-PA7与MC9S12XS128单片机进行通信，PA0-PA7分为两组即键盘输入口和键盘输出口，PA0-PA3为键盘输入口，PA4-PA7为键盘输出口。MC9S12XS128单片机的PA0-PA3 口不断循环地输出“O”扫描信号(低电平信号)，常态下，通过加入上拉电阻使键盘输出口 PA4-PA7都为高电平，MC9S12XS128单片机检测PA4-PA7的电平高低信号判断被按键的位置。具体是MC9S12XS128单片机的PAO 口输出低电平信号，MC9S12XS128单片机依次检测键盘输出口 PA3-PA7的电平信号，若检测到某路信号为低电平则判断此路信号上的按键被按下；ΡΑ0 口输出“O”扫描信号后，PA1-PA3依次输出“O”扫描信号，单片机循环检测键盘输出口 PA3-PA7的电平信号，通过这种方式高效快速准确地识别被按键的位置。发音模块3包括放大器和扬声器。通过串口设备与MC9S12XS128单片机相连，MC9S12XS128单片机发出信号经放大器放大后传送给扬声器,扬声器发出不同音阶的音乐。放大器采用美国半导体公司生产的音频功率放大器LM386，音频集成功放LM386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。图4为发音模块3的音频集成功放LM386的连接电路图，MC9S12XS128单片机根据检测到按键模块2的信号确定按键位置，通过改变输出方波频率将按键信息转化为输出音阶信号，核心模块I (MC9S12XS128单片机)将输出音阶信号传送给发音模块3的放大器，经放大器放大后传输至扬声器，产生不同的声音。LED显示模块4选择LED5110显示屏，LED5110显示屏由3.3V供电，通过PB2、PB4-PB7与核心模块相连，用于显示电子琴弹奏过程中当前被按键标号和相应音阶强度大小。图5为LED显示模块4的LED5110显示屏的连接电路图，LED5110显示屏用于显示被按键的编号和音阶强度的高低，可以直观检验电子琴的准确程度，增加人机交互。一首音乐是由许多不同的音符组成，每个音符对应着不同的频率，使用不同频率的组合，加以与拍数对应的延时，即可构成音乐。由于产生不同频率的音频脉冲即可产生音符，对于MC9S12XS128单片机而言，产生不同频率脉冲非常方便，利用它的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。本技术中，将MC9S12XS128单片机的时钟频率设置为12MHz，使用定时/计数器T0，工作模式设置为I即计数模式，改变计数值THO和TLO产生不同频率的脉冲信号，C调的各音符频率与计数值T的对照表如表I所示。表I音符频率与计数值T的对照表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机控制的电子琴，包括核心模块（1），其特征在于，在核心模块（1）的输入端连接有按键模块（2），核心模块（1）的输出端连接有发音模块（3）和LED显示模块（4）。

【技术特征摘要】
1.种基于单片机控制的电子琴，包括核心模块(1)，其特征在于，在核心模块(I)的输入端连接有按键模块(2)，核心模块(I)的输出端连接有发音模块(3)和LED显示模块(4)。2.权利要求1所述的基于单片机控制的电子琴，其特征在于，所述的核心模块(I)选择MC9S12XS128单片机。3.权利要求1所述的基于单片机控制的电子琴，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙辉，王少勇，时付伟，白苡琨，乔洁，姚丁茂，梅迎，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：