基于A(yíng)T89C51單片機的節拍器設計

　　1 硬件電路原理

　　節拍器以AT89C51 單片機為控制中心,由LED 顯示模塊、調節鍵盤(pán)模塊、聲音輸出模塊組成。圖1 是節拍器的電路原理圖。ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89C51 單片機與MCS51指令系統兼容,40 腳結構,是系統的控制中心。顯示模塊由四位一體的共陽(yáng)極藍色LED 顯示器構成,采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式, Q11～ Q14是LED 的位選擇開(kāi)關(guān)三極管, R6～ R13是數碼管段發(fā)光二極管的限流電阻。四位一體的LED 數碼管完成顯示節拍數、各功能代碼及參數值的功能。鍵盤(pán)調節模塊由4 只按鍵構成,分別是功能選擇鍵A、設置參數選擇鍵B、參數增加鍵C和參數減少鍵D ,4 只按鍵可以完成各種功能的選擇和各參數的設置。聲音輸出模塊由以Q1、Q2、Q3和揚聲器為中心的功率放大電路組成,不同頻率的脈沖從單片機的P2.6口輸出, 經(jīng)R14限流和功率放大后,推動(dòng)揚聲器發(fā)出洪亮的聲音。由于輸出的音頻信號是脈沖波,三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),損耗小發(fā)熱量不大, Q2、Q3使用小功率管C8050和C8550 即可。整個(gè)系統硬件結構簡(jiǎn)單。由外部提供12 V直流電直接供音頻功放模塊使用,經(jīng)LM7805 穩壓成5 V 后供單片機及LED 顯示用。

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　　2 軟件說(shuō)明

　　軟件系統采用模塊化結構設計,分別是主程序模塊、節拍器模塊、鍵盤(pán)識別和參數設置模塊等。其中每個(gè)模塊又由若干個(gè)子模塊構成。上電或復位后進(jìn)入調節功能,重復按A鍵在調節功能、節拍器功能之間輪換。當進(jìn)入調節功能后,重復按B 鍵可選中不同的調節對象,再按C 或D 鍵增加或減少調節對象的參數值,調節時(shí)顯示調節對象的代碼和參數值。

　　2.1 主程序模塊

　　在主程序模塊中完成存儲單元的初始化、定時(shí)器計數器的初始化、中斷初始化、標志位的初始化、掃描鍵盤(pán),并根據功能選擇鍵A 的值啟動(dòng)以下功能模塊之一:參數設置功能、節拍器功能。

　　2.2 節拍器功能模塊

　　節拍速度在24～400 拍/min 范圍內可調,節拍誤差小于2%,節拍數為1～9可調。顯示器顯示節拍數,揚聲器發(fā)出節拍聲,顯示節拍數1 時(shí)發(fā)出600 Hz 的高頻聲0.1 s ,顯示其他節拍數時(shí)發(fā)出300 Hz 的低頻聲0.1 s。該模塊由節拍延時(shí)部分、節拍數顯示部分、音頻脈沖形成部分組成。節拍功能模塊程序流程圖如圖2 所示。

　　2.3 參數調節模塊

　　按A 鍵選擇進(jìn)入參數調節功能模塊后,重復按B 鍵,可以依次選擇節拍速度、節拍分度參數的設置,LED 顯示器上顯示參數類(lèi)型代碼和該參數的數字,按C 或B 鍵則在該參數的取值范圍內循環(huán)增加或減少一個(gè)單位值。代碼1 是節拍數,取值范圍1～9。代碼2 是節拍速度,取值范圍是24～400拍/min。該模塊程序由鍵盤(pán)掃描識別部分、參數顯示部分、A鍵處理部分、B 鍵處理部分和C、D 鍵處理等子程序組成。

　　圖2 節拍器模塊流程圖

　　3 實(shí)驗

　　從顯示、按鍵、聲音和節拍精度等方面進(jìn)行測試。

　　顯示觀(guān)察:處于節拍工作狀態(tài)時(shí)4 個(gè)數碼管同時(shí)循環(huán)顯示節拍數,練琴時(shí)眼睛的余光就能看清節拍數。處于調節模式時(shí),最高位顯示待調節的參數代碼,其余3 位顯示參數值,當參數高位為零時(shí)不顯示。顯示正確。

　　按鍵測試:按下功能鍵A ,可以在參數調節和節拍模式之間轉換。當處于參數調節模式時(shí),按下參數更改鍵B ,可以在節拍數和節拍速度之間轉換;按下增加鍵C 或減少鍵D ,參數值在當前值基礎上增加或減少1 ,并且在參數的調節范圍內循環(huán)變化。當處于節拍工作模式時(shí),BCD 鍵不起作用。鍵盤(pán)工作正常。

　　聲音觀(guān)測:節拍音短促有力,起始拍與其余拍音調區別明顯。在鋼琴彈奏的環(huán)境中清晰可聞。

　　節拍精度測量:用秒表測量節拍器500 拍所用時(shí)間。節拍速度分別為72、112、144 拍/min 的時(shí)候, 用時(shí)分別為418.1 s、268.9 s、210.5 s ,誤差分別為0.29%、0.35%、1.1%。節拍精度達到設計要求。

　　4 結束語(yǔ)

　　節拍器的起始拍的聲音和其它拍的聲音不同,聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)效果好,節拍精度高,調節方便。多名琴童使用該節拍器練鋼琴均取得很好的效果。硬件成本低廉,不易損壞,可以將外形設計成工藝品?；贏(yíng)T89C51 單片機的節拍器具有較好的應用價(jià)值。