新型键盘电子乐器的研究与设计实现

论文摘要

计算机音乐在我们的生活中是随处可见的,当今很多音乐的制作便脱离了真正意义上的乐器演奏,转用计算机音乐代替了,它是借助电脑创造出来的音乐。键盘电子乐器经历了从传统键盘乐器到电子键盘乐器的成功转型,它无论从音色、音律及其性能各方面都会成为未来键盘乐器市场首选和主流的乐器。从国内外对该技术的研究来看,电子键盘乐器的研究与实现也将成为很多设计人员青睐的设计目标。一般的键盘电子乐器常常采用钢琴键盘,每个8度的音域范围内有12个琴键,其中7个白键,5个黑键,每两个相邻琴键之间的音程为十二平均律的小二度,这种琴键可以使得电子琴能演奏任意调性的乐曲,但也有明显的缺点：演奏难度大,专业要求高。设计中运用的新型键盘电子乐器是这样的：它取消了键盘上的黑键,即每个8度音内只有7个琴键,这样大大减少了琴键的数量。这个键盘上的主音“1”的位置是固定的,演奏者不需要变换指法,每个键上可以标记有简谱的音名。调性的选择是由一组互锁开关组成的,有C、D、#E、E、F、G、A、B等8个调性可供选择。整个系统电路是由主控芯片AT89C51、串行口接口模块、MIDI音源和键盘扫描矩阵模块组成的。在经过了硬件电路的设计、制作,软件的模拟编程后,基本实现了本次设计的目的：在新型键盘电子乐器上演奏音乐。本设计根据计算机音乐的相关理论知识和相关MIDI技术,再加上独特的键盘设计、伟福仿真器设计的功能程序,实现了电子琴的固有功能,在电子琴领域做了初步的探索。从硬件和软件的角度来说,成果主要体现在以下3个方面：1、以单片机AT89C51为主控芯片控制外围电路工作,用两片74LS148扩展了14个外部中断,进而实现了电子琴设计的个性化；2、采用的MIDI键盘也是在经过了硬件加工修改后,取消了5个黑键,加上了一组互锁开关作为调性选择按键,这在电子琴的设计史上是没有前例的；3、软件设计时,主程序简单、精悍。外部中断也较多,虽然麻烦,但是也使得整个系统更加符合人们的使用习惯。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 传统键盘乐器
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 论文章节安排
• 第二章 键盘电子乐器原理与应用
• 2.1 键盘电子乐器基本原理
• 2.1.1 早期的电子琴
• 2.1.2 现代电子琴
• 2.2 电子琴的应用
• 第三章 计算机音乐基本原理
• 3.1 计算机音乐的内涵及历史回顾
• 3.1.1 计算机音乐的内涵
• 3.1.2 计算机音乐的历史回顾
• 3.1.3 本次设计中用到的基本乐音知识
• 3.2 MIDI相关知识
• 3.2.1 声音信号数字化
• 3.2.2 MIDI简介
• 3.2.3 MIDI硬件规范
• 3.3 MIDI消息标准
• 3.3.1 通道MIDI的音色
• 3.3.2 MIDI指令格式
• 3.4 本设计中涉及到的MIDI指令
• 第四章 系统硬件设计与仿真
• 4.1 系统硬件实现原理
• 4.2 AT89C51单片机
• 4.2.1 单片机AT89C51的特点
• 4.2.2 单片机AT89C51的引脚及其功能介绍
• 4.3 VS1103芯片简介
• 4.3.1 VS1103主要性能
• 4.3.2 VS1103内部结构图
• 4.3.3 VS1103引脚及其功能
• 4.4 74LS148芯片简介
• 4.4.1 74LS148主要性能
• 4.4.2 74LS148引脚及其功能
• 4.4.3 74LS148的硬件电路
• 4.5 系统硬件的制作
• 第五章 系统主要软件模块的设计实现
• 5.1 系统主程序流程
• 5.2 中断及其中断系统
• 5.2.1 中断控制
• 5.2.2 单片机外部中断源的扩展
• 5.3 键盘扫描的软件实现
• 5.3.1 读取键值的方法
• 5.3.2 键值的计算方法
• 5.3.3 键盘扫描中断程序
• 5.3.4 键盘扫描中断源程序
• 第六章 系统的测试与总结
• 6.1 系统的软硬件测试
• 6.2 总结与展望
• 参考文献
• 附录一
• 附录二
• 致谢