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基于AT89C51单片机的节拍器

[导读]节拍器以AT89C51单片机为控制中心,由LED显示模块、调节键盘模块、声音输出模

块组成。图1是节拍器的电路原理图。

1硬件电路原理

节拍器以AT89C51单片机为控制中心,由LED显示模块、调节键盘模块、声音输出模块组

成。图1是节拍器的电路原理图。ATMEL公司生产的AT89C51单片机与MCS51指令系统兼

容,40脚结构,是系统的控制中心。显示模块由四位一体的共阳极蓝色LED显示器构成,采

用动态扫描显示方式,Q11～Q14是LED的位选择开关三极管,R6～R13是数码管段发光

二极管的限流电阻。四位一体的LED数码管完成显示节拍数、各功能代码及参数值的功

能。键盘调节模块由4只按键构成,分别是功能选择键A、设置参数选择键B、参数增加键C

和参数减少键D,4只按键可以完成各种功能的选择和各参数的设置。声音输出模块由以

Q1、Q2、Q3和扬声器为中心的功率放大电路组成,不同频率的脉冲从单片机的P2.6口输出,

经R14限流和功率放大后,推动扬声器发出洪亮的声音。由于输出的音频信号是脉冲波,三极

管工作在开关状态,损耗小发热量不大,Q2、Q3使用小功率管C8050和C8550即可。整个系

统硬件结构简单。由外部提供12V直流电直接供音频功放模块使用,经LM7805稳压成5V

后供单片机及LED显示用。

2软件说明

软件系统采用模块化结构设计,分别是主程序模块、节拍器模块、键盘识别和参数设置模块

等。其中每个模块又由若干个子模块构成。上电或复位后进入调节功能,重复按A键在调节

功能、节拍器功能之间轮换。当进入调节功能后,重复按B键可选中不同的调节对象,再按C

或D键增加或减少调节对象的参数值,调节时显示调节对象的代码和参数值。

2.1主程序模块

在主程序模块中完成存储单元的初始化、定时器计数器的初始化、中断初始化、标志位的初

始化、扫描键盘,并根据功能选择键A的值启动以下功能模块之一:参数设置功能、节拍器

功能。

2.2节拍器功能模块

节拍速度在24～400拍/min范围内可调,节拍误差小于2%,节拍数为1～9可调。显示器显

示节拍数,扬声器发出节拍声,显示节拍数1时发出600Hz的高频声0.1s,显示其他节拍

数时发出300Hz的低频声0.1s。该模块由节拍延时部分、节拍数显示部分、音频脉冲形

成部分组成。节拍功能模块程序流程图如图2所示。

2.3参数调节模块

按A键选择进入参数调节功能模块后,重复按B键,可以依次选择节拍速度、节拍分度参数

的设置,LED显示器上显示参数类型代码和该参数的数字,按C或B键则在该参数的取值范

围内循环增加或减少一个单位值。代码1是节拍数,取值范围1～9。代码2是节拍速度,取

值范围是24～400拍/min。该模块程序由键盘扫描识别部分、参数显示部分、A键处理部

分、B键处理部分和C、D键处理等子程序组成。

图2节拍器模块流程图

3实验

从显示、按键、声音和节拍精度等方面进行测试。

显示观察:处于节拍工作状态时4个数码管同时循环显示节拍数,练琴时眼睛的余光就能看

清节拍数。处于调节模式时,最高位显示待调节的参数代码,其余3位显示参数值,当参数高

位为零时不显示。显示正确。

按键测试:按下功能键A,可以在参数调节和节拍模式之间转换。当处于参数调节模式时,按

下参数更改键B,可以在节拍数和节拍速度之间转换;按下增加键C或减少键D,参数值在

当前值基础上增加或减少1,并且在参数的调节范围内循环变化。当处于节拍工作模式

时,BCD键不起作用。键盘工作正常。

声音观测:节拍音短促有力,起始拍与其余拍音调区别明显。在钢琴弹奏的环境中清晰可闻。

节拍精度测量:用秒表测量节拍器500拍所用时间。节拍速度分别为72、112、144拍/min

的时候,用时分别为418.1s、268.9s、210.5s,误差分别为0.29%、0.35%、1.1%。节拍

精度达到设计要求。

4结束语

节拍器的起始拍的声音和其它拍的声音不同,听觉和视觉效果好,节拍精度高,调节方便。多

名琴童使用该节拍器练钢琴均取得很好的效果。硬件成本低廉,不易损坏,可以将外形设计成

工艺品。基于AT89C51单片机的节拍器具有较好的应用价值。

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