【TB作品】电子琴，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

按下是响某个频率的音，松开后不响。

基于AVR单片机的电子琴设计

引言

电子琴是一种通过电子电路发出不同音阶声音的乐器。本设计使用AVR单片机（如ATmega16/32）来实现一个简易的电子琴，通过按键输入触发不同频率的音符，并通过扬声器输出声音。同时，利用LCD显示屏显示当前按键对应的音符，增强用户体验。

设计背景

电子琴的核心原理是利用定时器产生不同频率的PWM（脉宽调制）信号驱动扬声器，从而发出对应音阶的声音。每个音符对应一个特定的频率，通过改变定时器的计数值，可以产生不同的音频信号。本设计还结合了按键输入和LCD显示，实现了一个简单而功能齐全的电子琴。

设计原理

音频信号生成

音频信号的生成依赖于单片机的定时器模块。通过设置定时器的计数值，可以控制PWM信号的频率，从而生成不同的音频信号。不同音阶的频率如下：

中音1（C4）：523Hz
中音2（D4）：587Hz
中音3（E4）：659Hz
中音4（F4）：698Hz
中音5（G4）：784Hz
中音6（A4）：880Hz
中音7（B4）：987Hz

在单片机中，通过调整定时器的比较值（OCRx），可以生成相应频率的PWM信号。例如，对于频率为523Hz的音符，计算公式为：

计数值 = F C P U 2 × 频率计数值 = \frac{F_{CPU}}{2 \times 频率} 计数值=2×频率FCPU

其中， F C P U F_{CPU} FCPU 为单片机的时钟频率。

按键输入

按键输入部分使用单片机的I/O引脚配置为输入模式，并通过上拉电阻保持高电平。当按键按下时，引脚电平变为低电平，通过读取引脚状态可以判断按键是否按下以及哪个按键被按下。

LCD显示

LCD显示部分用于显示当前按键对应的音符，增强用户的交互体验。通过单片机的I/O引脚控制LCD显示，将相应的字符发送到LCD上显示。

软件设计

初始化

在软件设计中，首先进行系统初始化，包括定时器初始化、I/O引脚初始化和LCD初始化。定时器初始化设置PWM信号的初始频率，I/O引脚初始化配置按键和LCD控制引脚，LCD初始化设置显示模式和清屏。

主循环

在主循环中，主要任务是检测按键输入并根据按键状态调整PWM信号的频率，同时更新LCD显示。具体步骤如下：

检测按键输入：读取按键引脚的电平状态，判断哪个按键被按下。
调整PWM信号频率：根据按键对应的音符频率设置定时器的比较值。
更新LCD显示：将当前音符显示在LCD上。
等待按键松开：在按键松开前保持当前状态，避免重复触发。

代码实现

代码实现主要包括定时器配置、按键检测和LCD显示三个部分。以下是关键代码段的介绍：

定时器配置

c 复制代码

void timer1_init() {
    // 配置定时器1为PWM模式
    TCCR1A = (1 << WGM11) | (1 << COM1A1);
    TCCR1B = (1 << WGM13) | (1 << WGM12) | (1 << CS10);
    ICR1 = 1000;  // 设置周期为1000，初始频率为1kHz
}

按键检测

c 复制代码

void check_keys() {
    if (PINB != 0xFF) {
        if (PINB == 0xFE) {
            OCR1A = NotePinlv[1];
            LCD_write_str(0, 0, "C4");
        }
        // 其他按键类似处理
    }
}

LCD显示

c 复制代码

void LCD_write_str(uint8_t row, uint8_t col, char *str) {
    // 设置光标位置
    LCD_set_cursor(row, col);
    // 显示字符串
    LCD_print(str);
}

总结

通过AVR单片机的定时器模块和I/O引脚，可以设计出一个简易的电子琴，实现按键触发音符播放和LCD显示。本文介绍了设计原理和关键代码段，展示了如何利用单片机的硬件资源实现功能丰富的应用。希望本文能够为相关设计提供参考和帮助。

资源

https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2