單片機(jī)應(yīng)用課-可編程電子琴C組

1、前言若說 20 世紀(jì)是計(jì)算機(jī)的時(shí)代，那 21 世紀(jì)必然是機(jī)器人的時(shí)代。第一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)的誕生引發(fā)了 20 世紀(jì)的電子工業(yè)革命。 如今，計(jì)算機(jī)特別是單片微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單片機(jī)）得到了迅猛發(fā)展。單片機(jī)以其高性價(jià)比、高速度、體積小、可重復(fù)編程和方便功能擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。目前， 在市場(chǎng)上的眾多產(chǎn)品中均能看到單片機(jī)的身影。 單片機(jī)也成為電子愛好者的必修課程， 它滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域， 幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡，因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批智能化控制領(lǐng)域的科學(xué)家與工程師。孩子們學(xué)習(xí)單片機(jī)，學(xué)習(xí)機(jī)器人，在學(xué)中玩，從玩中學(xué)，獲得了不少的收獲， 如果讓他們把學(xué)習(xí)到

2、的知識(shí)應(yīng)用到生活中去，制作出實(shí)實(shí)在在的單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品，那一定會(huì)更加的有意思。- PAGE 23 -目錄教學(xué)目標(biāo) 2教學(xué)內(nèi)容 2 HYPERLINK l _TOC_250008 一、樂器的概念及發(fā)展2 HYPERLINK l _TOC_250007 二、樂器的分類3 HYPERLINK l _TOC_250006 三、鍵盤樂器5四、電子樂器的概念及種類 9 HYPERLINK l _TOC_250005 五、樂譜知識(shí)9 HYPERLINK l _TOC_250004 六、電子琴主板11 HYPERLINK l _TOC_250003 七、MiniCPU控制板11 HYPERLINK l _TOC

3、_250002 八、揚(yáng)聲器12 HYPERLINK l _TOC_250001 小試牛刀12九、電子琴的編程 1.3 HYPERLINK l _TOC_250000 十、故障處理21十一、課后拓展 2.2十二、制作心得 2.3教學(xué)目標(biāo)：1、了解樂器的概念及發(fā)展；2、了解電子樂器的種類；3、了解樂譜的相關(guān)知識(shí)；4、熟悉電子琴主板的使用方法；5、能夠使用電子琴?gòu)椬鄻非＝虒W(xué)內(nèi)容：一、樂器的概念及發(fā)展樂器泛指可以用各種方法奏出一定音律或節(jié)奏的工具。一般分為民族樂器與西洋樂器。樂器能夠發(fā)出樂音， 并能進(jìn)行音樂藝術(shù)再創(chuàng)造的器具。人類通過演奏樂器，借以表達(dá)、交流思想感情。對(duì)樂器的界定,音樂界和樂器學(xué)界有不

4、同看法。音樂界認(rèn)為，用于音樂的發(fā)聲器具才是樂器；樂器學(xué)界則通常將許多非音樂領(lǐng)域中的發(fā)聲器，如古代戰(zhàn)爭(zhēng)中的鳴金擊鼓、宗教中的祈禱誦經(jīng)、婚喪中的禮儀信號(hào)、商販招攬的信號(hào)器等，也視為樂器， 甚至將一些生產(chǎn)勞動(dòng)用具和日常生活器皿，如：弓、鋸、杵、缶、杯、碟、盅、碗等等，在進(jìn)行演奏時(shí)，都冠以樂字，稱其為樂弓、樂鋸、樂杯、樂杵等。樂杵樂杯樂器是人類很早就擁有的精神財(cái)產(chǎn)，并隨著人類的進(jìn)步而不斷豐富。從考古發(fā)掘和壁畫、崖畫中，都可以看到狩獵圍捕、信號(hào)傳遞、 祭天禱神、戰(zhàn)斗助威或慶典舞蹈等都和發(fā)音工具或節(jié)奏音響緊緊相連。二、樂器的分類大體分為兩種，其一是民族的慣用的分類法，也稱傳統(tǒng)分類法；其二是以聲學(xué)物理歸納手

5、段作為分類依據(jù)的現(xiàn)代分類法，也稱邏輯分類法。傳統(tǒng)分類法主要指世界古代高文化地區(qū)在歷史上形成的慣用分類法。它包括：中國(guó)的八音分類法（金、石、絲、竹、匏、土、革、木）；阿拉伯的二分類法（固體樂器包括擊奏、撥奏、擦奏樂器； 空穴樂器 吹奏樂器 ）以及歐洲的三分類法（管樂器、弦樂器、打擊樂器）?，F(xiàn)代分類法把世界上所有樂器歸納為五大類：體鳴樂器、 膜鳴樂器、氣鳴樂器、弦鳴樂器和電鳴樂器。民族樂器民族樂器分為四類：體鳴樂器、膜鳴樂器、氣鳴樂器、還有弦鳴樂器。中國(guó)民族樂器，歷史悠久，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。僅從已出土的文物可證實(shí)：遠(yuǎn)在先秦時(shí)期，就有了多種多樣的樂器。西洋樂器西洋樂器主要是指18 世紀(jì)以來， 歐洲國(guó)家已經(jīng)定

6、型的管弦樂器、彈弦樂器、鍵盤樂器。常用的西洋樂器有：木管樂器、銅管樂器、弦樂器、鍵盤樂器、打擊樂器等。木管樂器起源很早，是樂器家族中音色最為豐富的一族， 常被用來表現(xiàn)大自然和鄉(xiāng)村生活的情景；銅管樂器的音色特點(diǎn)是雄壯、輝煌、 熱烈； 弦樂器的共同特征是柔美、動(dòng)聽； 鍵盤樂器的特點(diǎn)是其寬廣的音域和可以同時(shí)發(fā)出多個(gè)樂音的能力；打擊樂器主要用于渲染樂曲氣氛。三、鍵盤樂器1、概念鍵盤樂器是有排列如鋼琴鍵盤的琴鍵之樂器總稱。這些樂器上每個(gè)琴鍵都有固定的音高，因此皆可以用以演奏任何符合其音域范圍內(nèi) 的樂曲。琴鍵下常有共鳴管或其它可供共鳴之裝置。相對(duì)于其他樂器家族， 有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)是其寬廣的音域和可以同時(shí)

7、發(fā)出多個(gè)樂音的能力。正因如此， 鍵盤樂器即使是作為獨(dú)奏樂器，也具有豐富的和聲效果和管弦樂的色彩。所以，從古到今，鍵盤樂器倍受作曲家們和音樂愛好者們的關(guān)注和喜愛。鍵盤樂器的一個(gè)缺點(diǎn)在于音樂家無法直接控制發(fā)音器，而且大多數(shù)鍵盤樂器的音高是固定的。2、發(fā)聲原理在樂器結(jié)構(gòu)方面， 例如有擊弦類的鋼琴， 簧片類的風(fēng)琴和手風(fēng)琴， 撥弦類的古鋼琴，電聲類的電鋼琴等。在音色方面，例如鋼琴可以通過彈奏的速度來改變音響， 在一定程度上通過踏腳板改變音色， 音長(zhǎng)的更改是非常有限的； 管風(fēng)琴的音長(zhǎng)可以直接受演奏家的控制， 但是音響和音色只能間接控制。3、種類鍵盤樂器：鋼琴（ Piano）、管風(fēng)琴（Organ）、手風(fēng)琴（

8、 Piano Accordion ）、電子琴（ Electronic Keyboard）等。（ 1）鋼琴鋼琴是一種鍵盤樂器， 用鍵拉動(dòng)琴槌以敲打琴弦。從十八世紀(jì)末以來，在歐洲及美國(guó)，鋼琴一直是最主要的家庭鍵盤樂器。鋼琴發(fā)源于歐洲，十八世紀(jì)初， 意大利人克里斯多佛利 （ Bartolommeo Cristofori ） 發(fā)明的一種類似現(xiàn)代鋼琴的鍵盤式樂器。至今已有三百多年的歷史。鋼琴因其獨(dú)特的音響， 88 個(gè)琴鍵的全音域，歷來受到作曲家的鐘愛。在流行、 搖滾、 爵士以及古典等幾乎所有的音樂形式中都扮演了重要角色，被譽(yù)為“樂器之王”。時(shí)至今日， 現(xiàn)代鋼琴已經(jīng)擁有十分寬廣的音域，足以容納人類優(yōu)秀音樂

9、創(chuàng)作所需要的全部聲音空間；鋼琴的音量可由演奏家自如地控 制其變化幅度， 可以從微弱朦朧、 纖細(xì)如絲， 到波瀾壯闊、 宏偉壯麗； 憑借訓(xùn)練有素的鋼琴家的雙手，作曲家最豐富、 復(fù)雜的多聲思維音樂作品，都可以在鋼琴上彈奏出來；無需任何其他條件的配合，一架鋼琴加十個(gè)手指，就可以構(gòu)成一個(gè)立體的、完整的、多彩多姿、無限美妙的音樂宇宙。鋼琴的基本構(gòu)造踏板踏板是指鋼琴下面用足踩的踏板而言。它是鋼琴中除鍵盤外最重要的配件。調(diào)音釘調(diào)音釘是一些能夠用特制扳手扭動(dòng)旋轉(zhuǎn)的釘狀螺栓。 它的旋床是有鎖口的特制高碳鋼， 因而琴弦能牢固地繞在弦軸釘上， 致使音準(zhǔn)在琴弦高強(qiáng)度拉力作用下能長(zhǎng)期保持并穩(wěn)定下來。琴槌琴槌外包著高品質(zhì)的

10、毛氈或絨布，由于這層“皮膚”多是羊毛造的，因而又稱羊毛槌。它本身連著琴鍵，當(dāng)琴鍵被按下時(shí)，琴槌便會(huì)打落琴弦上并借著琴弦的振動(dòng)使鋼琴發(fā)出聲音。因此， 它的作用是用來敲擊被調(diào)音釘緊扣著的琴弦。制音器制音器是與弦緊貼著， 用來阻止弦的震動(dòng)。 例如當(dāng)鋼琴上的琴鍵被按下時(shí)， 鋼琴內(nèi)部的琴槌會(huì)打在一條條用銅制造的琴弦上，借著琴弦的震動(dòng)發(fā)出聲音。擊弦機(jī)擊弦機(jī)連接著琴鍵和琴槌，是整部鋼琴的靈魂和最重要的配件。音板音板位于鋼琴內(nèi)部的一塊大木板，高檔鋼琴用楓樹實(shí)木板拼成， 現(xiàn)代低端普及琴有用密度板拼成的。它連著調(diào)音釘，緊貼著琴弦，當(dāng)琴弦振動(dòng)， 音板會(huì)使聲波高效率耦合到空氣中，即將聲音透過響板反射以及擴(kuò)大出來。琴鍵

11、整個(gè)琴鍵都是由黑鍵和白鍵組合而成。黑鍵36 個(gè)，白鍵 52 個(gè)，共 88 個(gè)。（ 2）手風(fēng)琴手風(fēng)琴是一種既能夠獨(dú)奏，又能伴奏的簧片樂器， 不僅能夠演奏單聲部的優(yōu)美旋律，還可以演奏多聲部的樂曲， 更可以如鋼琴一樣雙手演奏豐富的和聲。手風(fēng)琴聲音宏大，音色變化豐富，手指與風(fēng)箱的巧妙結(jié)合，能夠演奏出多種不同風(fēng)格的樂曲，這是許多樂器無法比擬的。除了獨(dú)立演奏外，也可參加重奏、合奏，可以說一架手風(fēng)琴就是一個(gè)小型樂隊(duì)。（ 3）鋼片琴鋼片琴外表看起來類似一架直立式的小鋼琴 , 也有點(diǎn)像小型的簧風(fēng)琴, 是型如小型鋼琴的鍵盤樂器,踏板有一個(gè)至兩個(gè)。這些踏板的功能與鋼琴的延音踏板一樣。也是利用鍵盤樂器原理的槌子敲打鋼

12、片發(fā)出聲音，每一鋼片位于小共鳴盒上，不同音高的金屬片排列在一個(gè)共鳴箱上，彈琴鍵帶動(dòng)以毛氈包的小捶敲擊發(fā)音。鍵盤觸動(dòng)四組琴槌， 直接敲打在鐵片上， 每個(gè)鐵片下各有一個(gè)木制共鳴器發(fā)聲，不過也可以把它當(dāng)作鍵盤鐵琴。四、電子樂器的概念及種類利用電子線路產(chǎn)生類似于各種樂器音樂的樂器。 一般用拾音器或聲頻振蕩器產(chǎn)生聲頻信號(hào)， 再經(jīng)電子線路將其放大， 然后送至揚(yáng)聲器而放出聲音。電子樂器的種類有： 電吉他、 電貝斯、 電鋼琴、 電子琴、 合成器、電架子鼓、電小提琴、電大提琴、電黑管、電手風(fēng)琴、電鐘琴等。五、樂譜知識(shí)1、概念樂譜，是一種以印刷或手寫制作，用符號(hào)來記錄音樂的方法。不 同的文化和地區(qū)發(fā)展了不同的記譜

13、方法。記譜法可以分為記錄音高和記錄指法的兩大類。 五線譜和簡(jiǎn)譜都屬于記錄音高的樂譜。吉他的六線譜和古琴的減字譜都屬于記錄指法的樂譜。數(shù)字簡(jiǎn)譜的雛形初見于16 世紀(jì)的歐洲。傳統(tǒng)的樂譜主要以紙張抄寫，現(xiàn)在亦有電腦程式可以制作樂譜。2、分類手寫樂譜印刷樂譜據(jù)不同種類樂器的演奏方法，樂譜分為鋼琴譜、 吉他譜、古箏譜、琵琶譜等。（ 1）中國(guó)古代就有“宮，商，角（jue ），徵（ zhi），羽”五音， 對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)譜中的 1 2 3 5 6，是樂譜的基本音符，在譜曲時(shí)古曲用這五個(gè)音。（ 2）簡(jiǎn)譜，是指一種簡(jiǎn)易的記譜法。有字母簡(jiǎn)譜和數(shù)字簡(jiǎn)譜兩種。一般所稱的簡(jiǎn)譜， 系指數(shù)字簡(jiǎn)譜。 數(shù)字簡(jiǎn)譜以可動(dòng)唱名法為基礎(chǔ)， 用

14、1、2、3、4、5、6、7 代表音階中的 7 個(gè)基本音級(jí)，讀音為do、re、mi 、fa、sol、la、si，休止以 0 表示。（ 3）五線譜，是世界上通用的記譜法。在5 根等距離的平行橫線上，標(biāo)以不同時(shí)值的音符及其他記號(hào)來記載音樂的一種方法。六、電子琴主板電子琴主板是可編程電子 琴的核心，它上面有15 個(gè)數(shù)字（右圖綠色標(biāo)識(shí)）分別為15 個(gè)琴鍵的輸入端口和一個(gè)公共端口（右圖紅色標(biāo)識(shí)）， 可以用琴鍵來彈奏歌曲， 電子琴的音效也是可以改變的， 可以通過主板上單獨(dú)的音效控制按鍵來完成。電子琴要發(fā)出聲音就必須要用到揚(yáng)聲器，因此有一個(gè)揚(yáng)聲器接線端口。除了這些之外，還有四個(gè)音樂編程端口，需要用MiniCP

15、U來進(jìn)行控制，這樣才可以用程序來編寫音樂。七、MiniCPU控制板新版的 MiniCPU和老版的CPU 功能基本一致，使用方法略有區(qū)別， 它體積更小， 可以用在 一 些 小 巧 的 應(yīng) 用 上 ， 另 外MiniCPU可以接外部供電，免 去經(jīng)常更換電池的煩惱， 也更加的環(huán)保。 MiniCPU把下載電路放在了外部，要使用下載板才可以下載程序。由于體積限制IN端口和 OUT端口減小至 4 個(gè)。八、揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器在音響設(shè)備中是一個(gè)最薄弱的器件，而對(duì)于音響效果而言，它 又是一個(gè)最重要的部件。揚(yáng)聲器有多 種分類式：按振膜結(jié)構(gòu)可分為單紙盆、復(fù)合紙盆、復(fù)合號(hào)筒、同軸等多種；按振膜開頭可分為錐盆式、球頂式、平板

16、式、帶式等多種；按重放頻可分為高頻、中頻、低頻、超低頻和全頻帶揚(yáng)聲器；按磁路形式可分為外磁式、內(nèi)磁式、雙磁路式和屏蔽式等多種；按振膜材料可分紙質(zhì)和非紙盆揚(yáng)聲器等。小試牛刀1、利用揚(yáng)聲器、 MiniCPU、亞克力板等來制作電子琴吧！參考搭建圖見圖一：圖一圖二注意：琴鍵從左往右依次為低音3-、4-、5-、6-、7-，常音 1、2、3、4、5、6、7，高音 1+、2+、3+。2、電子琴的連線講解（圖二）（ 1）在每個(gè)琴鍵下面的螺絲上分別連上一根線；（ 2）按順序連接；（ 3）將線的另外一端連接到電子琴主板的16 個(gè)端口上；（ 4） 音樂編程口與 MiniCPU 上的 OUT 端口相連（詳見下圖）。九

17、、電子琴的編程電子琴的編程需要用MiniCPU 上的 OUT端口的 ON/OFF 狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)， 16 個(gè)端口控制不同的音調(diào)，它們?nèi)绾慰刂颇兀肯旅婵匆幌率M(jìn)制和二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換以及音調(diào)、編程方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見下表）：十進(jìn)制二進(jìn)制編程方法音調(diào)100013（ me）200104 （ fa）300115（ sol）401006 （ la）501017 （ si）601101（ do）701112（ re）810003（ me）910014（ fa）1010105（ sol）1110116（ la）1211007（ si）1311011（ do）1411102 （ re）1511113（ me）0000

18、00.2sed、0.4sed注意：公共端口對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是0000，也就是四個(gè) OUT 端口全部是低電平， 即，在編程的時(shí)候， 通常將其與時(shí)間一起使用， 也就是上表中的 0.2 秒和 0.4 秒。簡(jiǎn)譜如圖 1-1 所示，描述了簡(jiǎn)譜中常見的元素。圖 1-1 簡(jiǎn)譜基本元素任何一首曲子，都可以被分為任意數(shù)量的“小節(jié) ”，用長(zhǎng)豎線（分節(jié)符）分割。樂曲使用拍子控制節(jié)奏，“拍”是音符歷時(shí)長(zhǎng)短的單位。一拍的時(shí)間由樂曲要求規(guī)定，如果要求一分鐘60 拍，那么一拍就是一秒。每一小節(jié)都是有固定“拍數(shù) ”的，在簡(jiǎn)譜最上角描述每小節(jié)的拍數(shù)。如 4/4 拍，含義是 “四分音符為一拍，每小節(jié)四拍”。假設(shè)我們規(guī)定一拍是一秒， 那么一個(gè)四分音符的持續(xù)時(shí)間就是一秒，一小節(jié)就有四秒。什么是四分音符呢？我們常見的1（ do）、 2（ re）、 3（ me）、 4（ fa）、 5（ sol）、 6（ la）、 7（ si）、 0（休止符，不發(fā)音）都是四分音符，它們占用一拍的時(shí)間。如果在四分