帶錄音功能的電子鋼琴—設(shè)計(jì)方案篇.

1、帶錄音功能的電子鋼琴的設(shè)計(jì)課題研究本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過對電子琴主體部分的電路進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，達(dá)到電子琴固有的播放音符和音樂的基本功能，并且加以語音模塊，使其實(shí)現(xiàn)錄音放音功能。它是以單片機(jī)為核心，并輔有一些外圍器件，采用匯編語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)多功能音樂播放，使用琴鍵自編曲目功能和按鍵跳轉(zhuǎn)到喜愛曲目。目前流行的MP3,MP4播放器的音質(zhì)相當(dāng)好。但略感遺憾的是除了選擇歌曲和顯示歌名外，絕大部分播放器沒有諸如隨意彈奏樂曲、樂曲節(jié)奏跳動(dòng)顯示等功能。正是基于音樂播放器的多功能出發(fā)，提出這種電子琴和音樂播放器的設(shè)計(jì)方案。之所以以單片機(jī)電子琴和音樂播放器為選題，目的在于從日常生活能接觸到的細(xì)微處著手，通過理

2、論與實(shí)踐的結(jié)合，更明確自己的所學(xué)所用，也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論的不足，對目前日益廣泛應(yīng)用的單片機(jī)有了更加理性化和感性化的認(rèn)識，使理論和實(shí)踐相得益彰。硬件部分 設(shè)計(jì)思路 總體模塊 1.主控模塊方案 2.鍵盤模塊方案 3.語音模塊方案 4.顯示模塊方案 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路 電路總體上分為芯片控制部分和語音芯片部分。以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制4*4的矩陣鍵盤對播放音樂和錄音放音的選擇，以及控制LED點(diǎn)亮和數(shù)碼管的顯示，具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來完成。語音部分由ISD4004芯片來實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)多功能的語音芯片，可以多次重復(fù)錄放，本設(shè)計(jì)正是運(yùn)用此特點(diǎn)，完成錄音和放音功能的。具

3、體步驟是：先錄入7個(gè)音符和一段音樂，存儲到芯片內(nèi)部，建立自己的音色庫，并且具體鎖定到鍵盤的某一按鍵上，通過按下不同的按鍵發(fā)出不同的聲音。再對錄音和放音功能設(shè)置具體的按鍵，通過按鍵實(shí)現(xiàn)其功能。總體模塊硬件系統(tǒng)初步模塊組成：1.主控模塊方案方案一 采用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，由于AT89C51不具備ISP功能， 因此Atmel公司已經(jīng)停產(chǎn)在市面上已經(jīng)不常見，況且其ROM只有4K在系統(tǒng)將來升級方面沒有潛力。方案二 采用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，STC單片機(jī)執(zhí)行指令的速度很快，但延時(shí)比AT長，另外 STC單片機(jī)對工作環(huán)境的要求比較低，電壓低于5伏時(shí)仍然正常工作，甚至3伏到4伏之間都還可以工

4、作，然而這樣的環(huán)境下AT肯定不行了，所以當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)用STC單片機(jī)好用，但用AT的單片機(jī)不工作時(shí)，直接查最小系統(tǒng)，看單片機(jī)的供電是否正常。由于其性價(jià)比高，完全滿足了本作品智能化的要求，它的內(nèi)部程序存儲空間達(dá)到8K，使軟件設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)部使用空間并且方便日后系統(tǒng)升級，使用方便，抗干擾性能提高。2.鍵盤模塊方案方案一 采用STC89C52的獨(dú)立鍵盤，但其獨(dú)立鍵盤只有4個(gè)按鍵，按鍵數(shù)量不夠，無法滿足本課題的要求，產(chǎn)生不出7個(gè)音階及錄放音功能。方案二 采用STC89C52的矩陣鍵盤，其矩陣鍵盤具有16個(gè)按鍵，數(shù)量夠用，能夠滿足課題的要求。 故采用4*4矩陣鍵盤。通常在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O

5、口的占用，將按鍵排列成矩陣形式，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（本模塊用到的是P3口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。3.語音模塊方案 該設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一實(shí)現(xiàn)帶錄音功能的電子琴，可播放系統(tǒng)內(nèi)部錄入的音符和音樂，也可以實(shí)現(xiàn)錄音和放音功能（如錄入人的聲音）。 方案一：CTC或PWM模式+蜂鳴器 缺點(diǎn)：通過CTC 或者PWM輸出頻率驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)音，

6、但是聲音與電子琴聲相差甚遠(yuǎn) 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單 方案二：語音模塊+揚(yáng)聲器 優(yōu)點(diǎn)：使用錄音方式獲取電子琴音，演奏時(shí)聲音較為接近電子琴音。同時(shí)儲存的wav格式的音樂比CTC播放出來的音樂音質(zhì)要好 方案對比：由于我們做電子鐘時(shí)已經(jīng)使用過CTC做鬧鐘鈴聲，這次嘗試使用語音模塊，同時(shí)語音模塊實(shí)現(xiàn)播放樂曲比蜂鳴器要?jiǎng)勇?，故選擇方案二 。本設(shè)計(jì)中采用ISD1402+LM386芯片。4.顯示模塊方案 為了使按鍵時(shí)分析方便，我們加以數(shù)碼管和流水燈，當(dāng)按下某一按鍵時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的按鍵值 方案一 采用液晶顯示屏，屏幕清晰，但成本相對高出很多。 方案二 采用數(shù)碼管顯示，滿足設(shè)計(jì)要求，成本低。故采用方案二?？傮w設(shè)計(jì)方案采

7、用STC89C52單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，利用其各個(gè)口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)功能的需要；ISD1402+LM386構(gòu)成語音模塊，用ISD4004來實(shí)現(xiàn)錄音功能，LM386是實(shí)現(xiàn)功率放大；4*4矩陣鍵盤模塊用按鍵來控制實(shí)現(xiàn)的是哪個(gè)功能，對應(yīng)錄音、放音、暫停。數(shù)碼管顯示模塊用來顯示音節(jié)以及表示錄音開始及結(jié)束。軟件部分 主程序設(shè)計(jì)及流程圖 各子程序設(shè)計(jì)及流程圖 1.錄音模塊設(shè)計(jì) 2.放音模塊設(shè)計(jì) 3.鍵盤掃描模塊設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)及流程圖在對我們所要設(shè)計(jì)的課題有了整體的了解之后，需要先建立程序框架的流程圖，對整個(gè)設(shè)計(jì)劃分模塊，逐個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其功能，最終把各個(gè)子模

8、塊合理的連接起來，構(gòu)成總的程序。主程序首先要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將指令傳給芯片，設(shè)置按鍵功能，按下按鍵，看其對應(yīng)的按鍵，完成預(yù)期的功能。主程序流程圖主程序流程圖錄音模塊設(shè)計(jì)及流程圖 首先是對SS、MOSI、SCLK、MISO設(shè)定為低電平有效，且串行時(shí)鐘指令SCLK為下降沿觸發(fā)。然后將上電指令發(fā)送給主控芯片，當(dāng)主控芯片存儲了本條指令，而系統(tǒng)再次調(diào)用它的時(shí)候，即可實(shí)現(xiàn)對ISD4004語音芯片通電。錄音模塊流程圖錄音模塊流程圖放音模塊設(shè)計(jì)及流程圖 以上已對SS、MOSI、MISO、SCLK進(jìn)行了設(shè)定，故我們需要將上電指令發(fā)送給主控芯片，當(dāng)主控芯片存儲了本條指令，而系統(tǒng)再次調(diào)用它的時(shí)候，即可實(shí)現(xiàn)對ISD4004語音芯片通電。然后我們將從指定地址開始的放音指令0XE0和從當(dāng)前地址開始放音指令0XF0傳送給主控芯片，當(dāng)芯片調(diào)用該指令的時(shí)候，語音執(zhí)行相應(yīng)的操作。放音模塊流程圖放音模塊流程圖鍵盤掃描模塊