基于单片机的MIDI电子琴的设计

BillScot2

摘要:本文设计了一种具有48个按键的MIDI电子琴,该电子琴的键盘弹奏信息以及通道、音色信息经CPU处理
% a- v# {' s5 h( y/ L) |7 T后产生相应的MIDI数据流,由串口发送给通用MIDI音源模块,经功率放大后推动扬声器发声。该电子琴支持单音
; N* j$ s' N# D7 m和复音弹奏,最多支持复音数为16个,有128种音色可供选择,结构简单,具有可靠的功能和优美的音色。
  |, t  i2 J' N/ U  E关键词:电子琴; MIDI;单片机
1 ^+ @0 a+ |) ^$ O: ~% [* v5 n3 R* C0引言
- [) {5 @7 D6 @/ o在电子音乐领域,自从20世纪末期MIDI(乐器数字
化接口)推出和逐步规范化后,各种乐器及众多数码音视
频产品中采用MIDI技术已逐渐成为一种潮流。但是当前
各厂商的电子琴产品通常使用自己设计的专用音源,并且
* i4 J" X5 f5 F( n0 c7 p9 \软硬件均不对外公开,阻碍了MIDI技术的交流。作者在
1 S6 S$ i; T4 W' ]9 `/ z$ _开发基于MIDI模块的音乐发生器的过程中,进行了用单
& z  J  q3 g7 c/ ]' g9 W% [片机控制通用MIDI音源模块的相关功能制作电子琴的实
践,制作出具有48个按键的MIDI 电子琴，该琴支持单音
# g  _' ]. u  k+ _和复音弹奏,单片机以标准的MIDI波特率传送信息,通过
串口连接MIDI音源,从而获得优美的乐音。
# T& g/ y/ }* o. g+ [3 @3 U$ g# }1电子琴的硬件设计方案
) T" b. c# S1 @% V本电子琴包含48个按键键盘,即具有4个8度的音域，
单片机AT89C51通过对所弹按键的识别,产生相应的MIDI
) ?1 c3 H# R& S8 `$ k1 f4 C消息。它支持单音弹奏和最多16个复音弹奏。电子琴结构
: k' P+ F% R1 a示意图和电路原理图分别如图1和图2所示。AT89C51 作
为主控芯片,它使得键盘矩阵模块、通道和音色选择以及串
口发送等各功能模块协调工作。48 按键行列式键盘矩阵构
3 `+ r7 l( n( _: X/ q, I5 D' A成MIDI电子琴的键盘扫描输人端,由于89C51的P0口内
部没有上拉电阻,故这里采用电阻Rμ~Re将列线拉至高电
( ~  o  n+ V5 X, f7 F8 z* D& i2 ]$ Q5 S
平,与6条行线组合完成48个琴键的扫描识别,在图1中，
单片机与键盘矩阵间的双箭头线表示单片机在扫描键盘矩
阵时,P0口和P2口分别作为输入/输出口使用。人机接口
电路则利用了单片机P1口的大部分口线,并通过或门向
INT0发出中断请求,该部分电路主要完成MIDI电子琴的
/ h8 \* }, e% `+ x, t7 l, `通道设置和音色选择等人机交互功能。键盘的弹奏信息以
及通道、音色信息经CPU处理后,由串口将标准的MIDI数
据发送给MIDI音源及放大器,推动扬声器发声。
音源模块采用MD2064套板,如图3所示。它是一种模块
化的MIDI音源产品，由得理电子公司开发，具有标准MD接
口,该板能接受标准GM MIDI命令进行音乐播放，自带3D,
REVERB, CHORUS等效果处理。由于该套板的MIDI接口采
用了光耦合器,电流驱动,故设计了由Q Q等器件组成的驱动
电路,使单片机串口数据得以正常传输。在模块的耳机输出端
取得信号后经小功率放大即可推动扬声器发声。
+ k# c. V5 M) `


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Monika

AT89C51 作为主控芯片,它使得键盘矩阵模块、通道和音色选择以及串口发送等各功能模块协调工作

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