采用MCS51单片机测频定音的一种方法.pdf

采用MCS．5 1单片机测频定音的一种方法 周伟。李涛。陆坤⑦ ①(成都理工大学应用核技术及自动工程学院610059) ②(成都理工大学应用核技术研究所112室610059) 摘要文章阐述了一种运用AT89C51单片机为核心的测量某乐器单音频率的方法与技术， 从而可根据测量结果对这一乐器调音定音。在对乐器的高音区和低音区频率进行测 量时，本文给出了测周和测频两种不同的测量方法。 关键词单片机测周测频 1前言 在现代社会中，对钢琴类乐器的调音大多数情况下是依赖调音师的听力和经验来进行的， 因此，误差大小会因人而异。茼时，由于高级别的调音师人数有限，因而调音费用不斐也是 事实。对钢琴等日益普及的家用乐器的定期调音的需求量是很大的，寻求一种科学的、易掌 握的调音技术已经受到广泛的关注。随着单片机技术的发展，此类乐器的调音完全可以借助 单片机技术来实现。本文介绍的这种装置不但提高了调音的准确性，易于普及，而且成本也 十分低廉。 2工作原理 本设计的基本思想是：将钢琴发出的某音阶的单音信息经过传感器转化成电信号，经过 相关的处理后，送入单片机进行测量，测量结果就是该单音的频率，并且将此测量频率与预 先存在单片机内部的钢琴的数十个标准单音频率相比较，与此同时LED数码管轮换显示测量 结果和标准乐音频率，调音人员可根据两者的频率差值调节该弦的松紧。这样调节起来真正 做到了心中有数，既不盲目又十分准确。系统的流程图如图l所示。 图1系统的流程图 878 3元器件及部分电路简介 设计中所采用的传感器是小型驻极体话筒一ECM。这是一种电容式传声器。钢琴某一音 阶发出声音的振动使得加在ECM内部电容器两边的电荷发生变化，从而有电压的输出。然后 Vet 再对此输出信号作进一步的放大、整形处理，最后在 进行测量。ECM的输出电压为几毫伏数量级，在此 背面 要选择合适的ECM并设计适当的信号调理电路。具 疏@ O 体ECM的实体图、以及此部分的典型电路图如图2 所示。图2中的Rl是限流电阻，电容C1的作用是 将ECM输出信号中的一部分噪声滤除掉。 图2ECM的实体图及典型电路 传感器输出的弱小信号，要进行放大、整形后， 才能送入单片机进行处理。本设计中采用了NE5534／A运算放大器进行信号的放大、用74LSl4 斯密特触发器进行信号的整形。 NE5534／A较为适合于 放大声音信号。它具有噪声 低、频带宽、压摆率大的特 性。在设计放大部分电路时， 为避免运算放大器的输出信 号失真每级运算放大器的增 益不能取得过大。同时，运 图3引脚图及补偿电路 算放大器的零点漂移也是一 个要注意的问题。电路中通过补偿将Ios和Uos的影响减至最小。NE5534／A的引脚图和典型 的补偿电路图如图3所示。 信号经过两极运算放大器的放大处理后，再经过斯密特触发器整形后出来的是一个矩形 脉冲信号。这样，此矩形脉冲就可以送入单片机进行测量了。 矩形脉冲信号分两路进入单片机是考虑了钢琴等乐器的高音区和低音区频率有较大的变 化。例如：我们在对钢琴的El音进行定音时，用测频的方法所测得频率是34Hz,而El音的标 Hz，显然误差比较大。而用测周的方法所得频率是4lHz。在对e4音进行定 准频率为41．203 Hz，而e4音的标准频率是2714．3Hz。因此，对低 音时，