乐曲编辑_个性乐曲巧手编辑

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乐曲编辑器设计（1）系统功能及性能指标

系统采用AT89C52单片机，能自行按键编辑音符，并将记录的音符播放出来。还可播放存在单片机中的6首曲目。在lcd液晶显示屏中显示播放的曲目名字，按键播放下一首。还设有停止键。

（2）方案论证

方案一：利用eda技术实现,基于FPGA的乐器编辑设计，用到了VHDL硬件描述语言设计以及适当的外围电路，可从琴键上进行演奏。总体框图如图2

图2 系统整体电路结构框图 此方案需掌握硬件描述语言及其设计方法，且时钟控制电路的分频要求严格是设置，涉及到占空比、同异步预置控制设置、分频系数及计数方式等。还有排除溢出信号的冒险干扰。

方案二：利用单片机定时器来产生各种频率的声音，构建矩阵键盘，人机操作来编辑相应的音符及节拍，存储于at24c02芯片中。用C51高级语言进行编程，运行环境较好，操作简便，抑郁调试。

综上，采用方案二。

（3）系统硬件电路设计

电路主要由AT89C51芯片，LCD1602，喇叭，晶振电路，AT24C02存储电路，由引脚输出定时器产生的各种固定频率的方波信号，然后由喇叭产生种频率的声音。由 4*4键盘输入音乐，在AT24C02中存储，然后再通过单片机调从而播放所存储的音乐。由于该方案中使用内部振荡电路，XTAL1、XTAL2引脚外界石英晶体和微调电容构成的12MHZ晶振电路。

下图为系统的整体框图

AT24C04喇叭AT89C51LCD液晶显示4*4矩阵按键

4*4矩阵键盘模块

键盘与单片机P1口相连，程序设计时采用行列扫描的方法。且接了4个1K的限流电阻。单片机键盘扫描法是在判定有键按下后逐列果行（或列）的状态出现非全1，状态，如果行（或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。首先判断有无键按下，逐行（或列）扫描查询。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平，在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态，若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按键。

喇叭电路

喇叭电路中增加了功放电路，LM386芯片，是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路。3脚输入，跟P20口连接，5脚输出，其中各电容作用是隔直+耦合。隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈。它与扬声器负载构成了一阶高通滤波器。

AT24C02电路

A0、A1、A2 器件地址输入端用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2）可悬空或连接到V，如果只有一个AT24C02被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2）必须连接到V。读写管脚、串行时钟、串行数据线跟单片机P23、P22、P21连接。

LCD液晶电路

P0口作为数据，其中RS、RW、EN分别与IO口P27、P26、P25相连。（4）系统程序设计

程序主流程图

开始定时器初始化液晶初始化判断按键是否按下歌曲选择乐曲编辑播发歌曲储存播放

单片机播发乐曲原理

乐曲中不同的音符，实质就是不同频率的声音。通过单片机产生不同的频率的 脉冲信号，经过放大电路，由蜂鸣器放出，就产生了美妙和谐的乐曲。

要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。

再利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下：

例如，频率为523Hz，其周期1/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956uS/1us=956，在每计数956次时就将I/O取反，就可得到中音DO。各个音符频率与计数值T的对照表如表1所示：

表1

程序中用到了两个定时/计数器来完成的。其中T0用来产生音符频率，T1用来产生音拍。每个音符使用个1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。如果1拍为0.4秒，那么1/4拍就为0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。我们可以举43、1=G…… 等等，4443这里1=C,1=G表示乐谱的曲调，和我们前面所谈的音调有很大的关联，、就是用来表

443示节拍的。以为例加以说明，它表示乐谱中以四分音符为节拍，每一小结有三拍。比如：

4例来说明。在一张乐谱中，我们经常会看到这样的表达式，如1=C

其中1、2 为一拍，3、4、5为一拍，6为一拍共三拍。1、2的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，3、4的时长为八分音符的一半，即为十六分音符长，5的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，6的时长为四分音符长。那么一拍到底该唱多长呢？一般说来，如果乐曲没有特殊说明，一拍的时长大约为400—500ms。在程序设计时就是把音长的值赋给Ｔ１。

定时器的流程图如下：

t0中断入口重装TH0、TL0初值P20取反中断返回

键盘扫描流程图

对4*4键盘编号从0到15，其中8到15为一个调的八个音阶。0号键为曲目选择，每按一下液晶即显示曲首和歌曲名，1号键按在则播放显示在液晶中的歌曲，2号键清屏，3号键播放乐曲编辑后的音阶，5号键实现暂停退出播放函数，7号键是确定编辑后所存的音阶。

音乐播放函数流程图

开始计算歌曲长度读出音符和节拍查表获得相应频率，音符赋值给T0，节拍赋给T1喇叭播放

将乐谱中的每个音符的音调及节拍变换成相应的音调参数和节拍参数，将他们做成数据表格，存放在存储器中，每个音符由俩十六进制数构成，先是音调，后者音长。以此往下类推。通过程序取出一个音符的相关参数，先判读是否有升降调，若有则做相应的处理，就是把处理后的音调换算成初值赋给定时器0.接着取音长，计算是那种音长，把得出的结果换算成初值赋给定时器1。播放该音符，该音符唱完后，接着取出下一个音符的相关参数。到最后播放结束，关闭喇叭。

于是首先定义个音阶代码库，它包含了最基本的c调的音阶，在定义个音长的库，包含了各个音符所对应的延时。

遇到的问题：

在系统编译过程中，由于定义了过多的变量导致数据溢出，通不过编译，此时用idata进行定义变量可解决该问题单片机在执行播放乐曲的过程中，没法暂停，故给设一个外部中断，让他关闭定时器。此法编译后不可实现原因是因为外部中断在Ｐ３口。我们实际硬件接的端口是在Ｐ１口。最后，经过尝试，采用的方法是在乐曲播放函数中在经行键盘扫描，设个键让它跳出乐曲播放函数。（5）系统调试和分析

播放《同一首歌》

编辑歌曲《我有一只小毛驴》

（6）总结与改进方案

做这个设计真的是一次很有意义的锻炼。首先练习的是硬件方面，做板到焊接电路乃至检查电路，可以说体验了实际动手操作的能力，尤其是检查电路，不小心某一个虚焊就要花很长时间来检查硬件电路。接着说说编程这一方面，本次设计的软件总共有AT24c02，液晶、键盘扫描及乐曲处理函数，各个模块构建后如何较好的协调工作，费了很大的劲。后面磕磕碰碰最终还是达到了自己的目的，从总体观之，这次编程练习是在软件设计海洋中的一小杯，怎样优化程序是日后要探索的，比如多任务系统啊等方面。

这次设计总体上离那种标准的乐曲编辑器差很多，比如

就乐曲编辑模块，没法做到休止符、顿音等诸多元素，软件设计还得在改善。就是做到音长和音拍的完美结合。应该设置按键选择节拍，如4分1音符该怎么让它实现。在设置按键选择更多的音阶。