遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家可遠(yuǎn)距離操作多功能WiFi模塊電子琴應(yīng)用，為解決單片機(jī)控制電子琴的研究與創(chuàng)新，提出了一種多功能遙控電子琴的設(shè)計(jì)方案。以51單片機(jī)為核心，采用WIFI模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、LED顯示模塊、USB燒錄模塊作為硬件基礎(chǔ)，在按鍵演奏和歌曲播放的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了LED的跟隨顯示功能。與此同時(shí)，利用遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用APP操作電子琴進(jìn)行遠(yuǎn)距離彈奏、播放歌曲和錄音回放等功能。經(jīng)過實(shí)物驗(yàn)證，電子琴可以實(shí)現(xiàn)上述功能，同時(shí)操作簡單，功能豐富，可用于音樂啟蒙，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

伴隨著社會(huì)生活水平的提高，音樂已成為生活的重要元素。作為一種新的現(xiàn)代樂器，電子琴容易學(xué)，受到了許多家長和孩子的歡迎。單片微處理器作為一種優(yōu)秀的微處理器，具有控制功能強(qiáng)、程序?qū)崿F(xiàn)靈活、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。一般的電子琴都需要用振蕩器根據(jù)需要產(chǎn)生一定的振蕩信號(hào)，然后用分頻器將振蕩信號(hào)分解成不同頻率的信號(hào)，傳送到放大器進(jìn)行放大，然后推動(dòng)喇叭發(fā)出聲音。常規(guī)的電子琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但價(jià)格一般較高，不適合兒童初學(xué)使用。針對(duì)傳統(tǒng)的電子琴結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、功能單一等問題，有學(xué)者提出了基于單片機(jī)控制的簡易電子琴設(shè)計(jì)方案，能以較低的成本實(shí)現(xiàn)按鍵彈奏以及歌曲等電子琴的基本功能。

本文進(jìn)一步研究了單片機(jī)應(yīng)用和遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI通訊技術(shù)，提出了一種以單片機(jī)為核心的多功能、可以遠(yuǎn)距離操作的電子琴設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，可以作為玩具琴、音樂盒等使用。

本論文所設(shè)計(jì)的電子琴包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括主控模塊、遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI模塊、按鍵模塊、LED顯示模塊、蜂鳴器和驅(qū)動(dòng)模塊、串口下載模塊。軟硬件設(shè)計(jì)包括按鍵和遙控器的設(shè)計(jì)、LED跟蹤顯示、歌曲的錄制和回放、音樂播放四個(gè)功能函數(shù)的設(shè)計(jì)和鋼琴控制APP的設(shè)計(jì)。其功能實(shí)現(xiàn)主要由主控模塊通過串口中斷和按鍵中斷來接收用戶的指令輸入，判斷后控制執(zhí)行相應(yīng)功能。彈歌、彈歌功能分別通過單片機(jī)計(jì)時(shí)器0的計(jì)數(shù)中斷實(shí)現(xiàn)。

主控制模塊由單片機(jī)芯片、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成，時(shí)鐘電路晶振頻率為12MHz。采用宏晶科技公司生產(chǎn)的單片機(jī)STC89C52RC單片機(jī)，以5V電源為電源，通過上拉排阻提高輸出功率，它與按鍵模塊、LED顯示模塊、USB自動(dòng)燒錄模塊、WIFI通訊模塊、蜂鳴器、驅(qū)動(dòng)模塊等都是分開的。

遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI模塊選擇公司CV5200模塊，模塊TXD和RXD分別連接單片機(jī)RXD和TXD，這兩種方式通過一個(gè)并行二端口撥碼開關(guān)來切換電子琴模式。WIFI模塊需要通過AT指令進(jìn)行配置，而AT指令集可以從公司獲取。AT模塊中的AT指令配置主要有掉電保存和掉電不存兩種，掉電保護(hù)部分根據(jù)晶振12MHz的頻率配合設(shè)定WIFI模塊波特率為4800B。WIFI每一次上電都需要WIFI模塊通過單片機(jī)串口發(fā)送AT指令，重新配置如下：1)"AT+CWMODE=3"http://設(shè)置AP模式；2)"AT+CIPMUX=2"http://設(shè)置多可訪問兩個(gè)用戶，編號(hào)可以修改；3)"AT+CIPSERVER=1,5000"http://啟動(dòng)TCP/IP模式，端口設(shè)置為5000。當(dāng)WIFI模塊電配置完成以上幾條指令后，用戶手機(jī)可與AP模式生成的熱點(diǎn)連接，并通過APP對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2.3按鈕模塊的按鍵模塊包括10個(gè)按鍵，兩個(gè)自鎖開關(guān)。有8個(gè)鍵用于演奏輸入，分別表示Do,Re,Mi…Xi,D?的8個(gè)音階，Do~D?為一個(gè)八度。演奏時(shí)默認(rèn)為中音，只有兩個(gè)鍵作為撥音開關(guān)，同時(shí)按其中一個(gè)撥音鍵可以將8個(gè)音階從一個(gè)八度音變成高音或低音，實(shí)現(xiàn)10個(gè)八度的音階。有兩個(gè)自鎖開關(guān)，可切換錄制和播放歌曲。

該LED顯示器模塊由8個(gè)LED燈、1個(gè)共陰管和排阻組成。8個(gè)LED陰極引腳在經(jīng)過一次排阻限流之后，依次連接到單片機(jī)P1.0~P1.7管腳上，經(jīng)A.B.C.D.E.F.G.DP8個(gè)燈管并聯(lián)于單片機(jī)P2管腳上。通過改變P1.P2管腳輸出電平，控制LED燈及數(shù)碼管燈管的亮滅，獲得不同的顯示效果。

蜂鳴選配有被動(dòng)蜂鳴器，單片機(jī)可通過改變與蜂鳴器相連的管腳輸出電平來發(fā)出2~5kHz的信號(hào)。蜜蜂的正端通過保護(hù)電阻連接到5V電源上。驅(qū)動(dòng)器[6]選擇了ULN2003A達(dá)林頓晶體管陣列驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片的一端與P3.7管腳連接，輸出端與負(fù)端蜂鳴器連接。單片微處理器根據(jù)彈奏輸入或歌曲信息通過定時(shí)器計(jì)數(shù)器中斷控制管腳輸出電平，得到的特定頻率信號(hào)脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片放大后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)聲音。

該USB燒錄模塊由CH340芯片和外圍電路組成。USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)配合使用的STC-ISP燒錄程序，可自動(dòng)將串口燒錄程序給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)電子琴的二次開發(fā)。CH340芯片的TXD和RXD管腳分別連接單片機(jī)的RXD和TXD，通過撥碼開關(guān)，將燒錄模式和WIFI模式進(jìn)行切換。

微處理器控制電子琴發(fā)聲的原理是利用定時(shí)器計(jì)數(shù)法進(jìn)行中斷。當(dāng)演奏或演奏歌曲時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)音符讀出存儲(chǔ)數(shù)組中相應(yīng)的計(jì)時(shí)器初值，對(duì)給定時(shí)器0分配兩個(gè)寄存器TH0和TL0，中斷計(jì)時(shí)器和驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的P3.7插針置于低電平，蜂鳴器發(fā)出聲音，在一段時(shí)間后通過計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)來控制電平翻轉(zhuǎn)，退出中斷。該I/O口根據(jù)延時(shí)的不同，輸出不同頻率的方波，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出不同的音樂。定時(shí)器的初值是由音符頻率的數(shù)值在單片機(jī)的12MHz下計(jì)算出來的，這些音符分別用1~8的數(shù)字來表示DoRe.Mi…Xi.D?。

控件APP編寫的APP使用Android語言編寫，可點(diǎn)擊界面上的指示鍵獲取幫助。在寫操作的時(shí)候調(diào)用安卓系統(tǒng)中的Socket服務(wù)，通過指定的IP和端口與WIFI模塊所建立的AP熱點(diǎn)連接。添加setOnClickListener的按鍵，代表設(shè)置監(jiān)聽器，以處理Socket子線程，以處理Socket子線程，將指定的字符通過網(wǎng)絡(luò)I/O操作發(fā)送到連接的另一端WIFI模塊，單片機(jī)可通過串口中斷獲取WIFI模塊的接收內(nèi)容。完成相應(yīng)的函數(shù)。設(shè)置好通訊后，只要點(diǎn)擊鍵，就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行上述程序，實(shí)現(xiàn)電子琴執(zhí)行鍵所對(duì)應(yīng)的功能。遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI模塊是通過單片機(jī)將AT指令配置為AP模式，當(dāng)用戶手機(jī)連接到WIFI所建立的熱點(diǎn)后，打開APP，根據(jù)默認(rèn)IP與端口信息點(diǎn)擊后建立通訊。

發(fā)光二極管的跟蹤顯示和其它功能配套。1~8是LED燈點(diǎn)亮盞數(shù)或數(shù)碼管顯示的數(shù)字，并分別表示Do.Re.Mi…Xi.D?的8個(gè)音階。單片微機(jī)通過控制蜂鳴器發(fā)出的彈奏輸入或歌曲簡譜信息，同時(shí)控制LED燈泡數(shù)量與數(shù)字相對(duì)應(yīng)的燈泡數(shù)量，當(dāng)蜂鳴器發(fā)聲改變后，LED和數(shù)碼管顯示也隨之變化。另外，用戶還可以點(diǎn)擊APP界面的流水燈音樂鍵，單片機(jī)控制蜂鳴器播放音樂的同時(shí)LED燈跟隨顯示花樣流水燈功能。通過I/O口編碼控制LED燈點(diǎn)亮規(guī)則來實(shí)現(xiàn)花樣車燈樣式，在編寫程序時(shí)將其存儲(chǔ)在16進(jìn)制數(shù)組中。

按鍵輸入和APP遙控，可以實(shí)現(xiàn)彈出功能。在完成播放功能的同時(shí)可進(jìn)行LED跟蹤顯示。按住按鈕和釋放按鈕時(shí)，分別向單片機(jī)輸入低或高電平信號(hào)。當(dāng)使用者按動(dòng)按鍵時(shí)，單片機(jī)[13]鍵開始工作，首先經(jīng)過5ms的消抖檢測(cè)確認(rèn)鍵是否按下，檢測(cè)確認(rèn)鍵按下后的Switch語句判斷鍵狀態(tài)，計(jì)時(shí)器啟動(dòng)中斷0計(jì)數(shù)中斷，并通過計(jì)算延遲時(shí)輸出對(duì)應(yīng)于按鍵狀態(tài)的音階頻率信號(hào)來發(fā)出音樂。如果不同時(shí)按撥音鍵，默認(rèn)情況下發(fā)出中音音樂。如果在按鍵的同時(shí)按撥音鍵，就會(huì)出現(xiàn)八度音階的音階，這就是高音或低音。

當(dāng)自鎖開關(guān)控制歌曲錄制和播放模式時(shí)，用戶點(diǎn)擊APP界面上的數(shù)字1~8,APP將啟動(dòng)按鍵事件處理發(fā)送相應(yīng)指令到WIFI模塊，單片機(jī)通過串口中斷接收后，根據(jù)指令控制蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)音階的中音樂。這些數(shù)字1~8分別是DoRe.Mi…Xi.D?的8個(gè)音階。微控制器控制蜂鳴器的發(fā)聲原理和按鍵一樣。3.5內(nèi)置的音樂播放功能單片機(jī)內(nèi)有4首歌可播放，用戶可以按APP界面上的歌曲1~4鍵播放歌曲，在播放歌曲時(shí)可以按APP界面的停止鍵停止播放。編曲的方法是：在一個(gè)簡譜上，用小節(jié)線隔開每一小節(jié)，各小節(jié)內(nèi)各小節(jié)的每一個(gè)音作為一組，并按照順序輸入到存儲(chǔ)數(shù)組。三個(gè)參數(shù)分別代表音符本身.音階和持續(xù)時(shí)間。在DoRe.Mi..Xi.Dé；音階分別為1.2和3的低音.中音和高音質(zhì)的數(shù)字；持續(xù)時(shí)長方面，限定一支短歌兩豎線之間的長度為一拍，一拍的持續(xù)時(shí)間為256毫秒，一拍分為8次，一次32毫秒。將每一分的長度作為一個(gè)單位，以1~8表示一拍內(nèi)持續(xù)時(shí)間。一拍子的持續(xù)時(shí)間為256ms，根據(jù)需要可以修改，在電子琴歌播放調(diào)試時(shí)可以找到一個(gè)合適的長度。音長以小冊(cè)子中每個(gè)拍子的音符個(gè)數(shù)和增時(shí)線數(shù)或減時(shí)線來決定?；胤艜r(shí)，單片機(jī)依次讀出存儲(chǔ)該歌曲的陣列元素，按陣列元素將輸入音的3個(gè)參數(shù)恢復(fù)成音，單片機(jī)中回放歌曲功能根據(jù)參數(shù)控制蜂鳴器依次發(fā)出相應(yīng)的音符音樂，實(shí)現(xiàn)歌曲播放。

雙自鎖開關(guān)按下按鈕模塊，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)工作模式在彈奏、錄、放三種模式之間切換。在按住標(biāo)有錄歌標(biāo)志的自鎖開關(guān)后，單片機(jī)就進(jìn)入工作模式，用戶可在APP界面上按1~8輸入已錄制的歌曲簡譜信息，并將其編歌原理和方法設(shè)置為內(nèi)置的歌曲播放功能。點(diǎn)擊后，APP界面上的數(shù)字發(fā)送給WIFI模塊的相應(yīng)數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過串口中斷接收，在記錄數(shù)據(jù)后進(jìn)行LED跟蹤顯示，以指示用戶輸入是否正確。

在按下標(biāo)有回放標(biāo)志的自鎖開關(guān)或APP界面回放鍵后，單片機(jī)就進(jìn)入工作模式，循環(huán)播放用戶先前輸入的歌曲簡譜信息。輸入歌曲信息可以點(diǎn)擊APP界面清除錄歌進(jìn)行清除，停止播放則通過釋放回放自鎖開關(guān)或按APP界面停止鍵。這首歌的播放方式和內(nèi)建的歌曲一樣。

介紹了一種遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家多功能遙控電子琴的設(shè)計(jì)方案。從電子琴現(xiàn)狀、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了鍵盤演奏、歌曲演奏等基本功能，通過把撥音鍵和彈鍵結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)10鍵可以跨越3個(gè)八度音程演奏，并提供LED數(shù)碼管跟隨顯示器給使用者視覺和聽覺雙重體驗(yàn)。其創(chuàng)新之處是利用遠(yuǎn)距離模塊專業(yè)廠家WIFI通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子琴的遠(yuǎn)距離操作，減少了硬件上的功能按鍵數(shù)，操作簡便、降低了成本，并成功地實(shí)現(xiàn)了歌曲的錄制和播放功能，簡譜信息可以通過APP界面輸入，并以LED跟隨方式向用戶反饋輸入信息，比按鍵輸入更加方便、精確。