单片机实例分享，触摸式电钢琴

我这次带来的是一款触摸式电钢琴，细心的读者可能会注意到，我用的词是“电钢琴”而不是“电子琴”，这两者有区别吗?我的回答是肯定的，因为这正是本作品的亮点所在。用单片机演奏音乐大家肯定都不会陌生，用单片机内部的定时器，送入不同的频率，每一个频率对应着一个音调，然后按照事先编排好的顺序驱动蜂鸣器发声，就可以演奏出音乐了。至于电子琴，只需要把不同的频率映射到对应按键上即可。之所以说是电子琴，是因为这种方法只能演奏出单调的方波音频。想不想让声音不再单调，而是发出动听的钢琴音色呢?如果想的话，请拿出你的热情，打开你的电烙铁开关，跟我一起往下制作吧!

制作所需的元器件如表9.1所示。本着精简制作的原则，笔者用到的都是很普通的元器件，数量也很少，所以硬件制作的难度不是很大。连接部分则是过锡走线加飞线的方法，烙铁温度在350℃左右即可。电路图如图9.1所示，值得说明的一点是，图中的矩阵触摸按键这里只画出了1组，其实有3组，公共端分别与P0.0、P2.2、P2.1连接。剩下部分的电路都很明了，有创造力的朋友看电路图自行发挥就好，新手可以参考一下我的布局。

表9.1 制作所需的元器件

图9.1 电路原理图

先把打印好的琴键图片裁好，用双面胶贴在洞洞板上，如图9.2所示。

图9.2 在洞洞板上贴琴键图片

怎么样，是不是很有电钢琴的样子?你说触摸按键在哪里?别着急，让我请出下面这位特别来宾——钉书针。为了整个制作的美观和手感，触摸点的选取费了我很大的心思，试了很多种导体都无法达到满意的效果，直到有一天无意中把钉书针掉在了洞洞板上，我发现它那细长又导电的身体，长度刚刚好可以插进洞洞板，才有了这个有趣的设计。如图9.3所示，按照琴键的位置插好钉书针，并在背面压紧。

以此类推，完成36个键不会像你想象的那么枯燥，美妙的琴声在等着你。之后用双面胶把扬声器粘在板子正面，并完成扬声器导线、单片机、下载口、拨动开关、耳机插座、LED、功放芯片以及电解电容的焊接。焊接好的样子如图9.4所示。

图9.3 插入钉书钉

图9.4 焊接好的琴键

接下来是触摸按键矩阵与单片机的连接，我的方法是过锡加飞线。先把单片机正下方的一组矩阵按键与两边矩阵的公共端过锡连接到I/O口上(见图9.5)，然后用免刮漆包线把两侧矩阵要与I/O连接的地方同中间过锡部分连接起来(见图9.6)。

图9.5 洞洞板焊接面的过锡

图9.6 用免刮漆包线进行飞线连接

到这里，原本硬件制作部分就应该完成了，但是在后期测试的过程中，总会有上电时乱响的情况。仔细思考后，发现了问题所在：因为触摸按键是基于增强型51单片机的I/O口高阻状态(下文会详细介绍)，这种状态对电流的波动很敏感，会受到电源杂波的干扰。所以在正极和地之间加了一个0.1μF电容，效果有很大好转。顺便一提，使用电池供电效果最好。

到此就剩下载程序了，可以到qq群657864614下载相关程序，然后用STC-ISP软件下载到单片机里。注意，如果单片机是新的或者上一次使用连接了晶体振荡器的话，要先连接好晶体振荡器才能下载程序。软件设置如图9.7所示。

图9.7 软件设置

如果我现在结尾，肯定有人说我不地道，因为大家最想听的软件原理我还没有说明。别急，听我娓娓道来。

先说触摸吧，前面提到I/O口的高阻状态，在这种状态下I/O口对电流很敏感，那是不是只要接触I/O口，就能用人体的生物电完成触摸了呢?哎，好事多磨，虽然它很敏感，但是生物电的强度还是不能稳定地被感应。怎么办呢?冷静下来想一想，只要再请一个强推状态的I/O口来帮忙就好办了。所谓强推状态，就是比普通准双向I/O口上拉能力强很多的一种状态。这样，在我们同时触碰这两个I/O时，强推I/O口的电流就通过皮肤流入高阻状态的I/O口，从而读到电平变化，实现触摸操作。

这么好用的功能怎么设置呢，大家可以参照STC数据手册里的设置方法。当我们用C语言设置I/O状态时，只需向P*M1、P*M0赋值(0x开头的16进制格式)即可，如图9.8所示。

图9.8 用C语言设置功能

接下来到了发音部分。把要播放的音频先在电脑上用专业的音频软件转换成 ASCII Test 数据，稍加改造变成数组后放入单片机 60KB 的 ROM 里，配合 PWM 解码程序，一个在你进门时甜美地说出“你好，欢迎光临”，一个则是在你触摸琴键后发出钢琴的音色。

专业的音频软件有很多，我用的是一款名为“Adobe Audition 3.0”的软件。简洁的界面、强大的功能，都是我选择它的原因。接下来要讲的是使用方法，准备好从网上下载到的音频，你可以用鼠标拖入音轨中，也可以对着一条空音轨单击“右键→插入→音频”来把你的音频放入音轨中。这时音轨可能没有紧贴前端，这样会制造出一段空白音频，这部分不但影响正常工作，还很占空间，用右键点住它向前拖动，直到与前端紧贴，如图9.9所示。

之后双击“音频”，进入编辑模式。在这个模式下，我们要做的是删除空白和扩大音量。向上滚动滑轮，让时间间隔变小，前端的空白就会变得明显，去除它的原因跟上面一样。我们用左键框选出空白部分，然后单击“右键→剪切”来删除空白，如图9.10所示。

图9.9 Adobe Audition3.0界面

图9.10 删除空白音频

随后按“Ctrl+A”快捷键全选波形，单击左边效果栏里的“放大”，调整好合适的放大倍数后，单击“确认”，以完成放大操作，见图9.11。

图9.11 扩大音量

单击左上角的“文件→另存为”，这时会弹出一个选择格式和保存路径的窗口，下方的保存类型我们选择“ACW波形(*.wav)”，单击下方的选项，滤波器处改为“PCM”，属性处改为“8.000kHz，8位，单声道”，然后“确定→保存”，如果弹出窗口点击确定即可，见图9.12。这样就把音频转成了8位单声道，为后面的数据表文件做好了准备。

图9.12 保存音频文件

接下来软件会自动载入刚刚保存的音频，再单击左上角的“文件→另存为”，在弹出的窗口里选择“ASCII 文本数据(*.txt)”，然后单击下方的选项，把两个勾选框的对勾都点掉，再单击“确定→保存”，就完成了ASCII Test数据的转换，如图9.13所示。

图9.13 ASCII Test数据转换

这样重复36次之后，我们就得到了36个音调的8位音频数据了。打开电钢琴的工程文件，在程序的C语言文件下方有36个用音调名命名的数据表文件。只要把刚刚生成的数据复制到对应数据表中就大功告成了。

不过要注意开始处数组的定义和每个数据后的逗号，编译器可不会被你的急切所打动。我这里只是抛砖引玉，感兴趣的话可以在网上找到更多乐器的音色，让它变得更好玩、更强大。在茶余饭后悄悄拿出它，为家人弹奏一曲。简单的儿歌，或者经典的旋律，不管你音乐水平的高低，总能在家人欢乐的笑声中感受到电子制作带给你的幸福!

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单片机小制作，智能触摸延时开关

功能设计

图1.1 电路原理图

本智能开关的电路如图1.1所示，设计了两种工作模式，分别为静态模式和工作模式。静态模式下，红、绿、黄LED指示灯亮，点阵屏和节能灯都是熄灭状态;工作模式下，相应的LED指示灯熄灭，点阵屏和节能灯开启。

为了使用方便，本智能开关设计了3个触摸按键(见图1.2)。

图1.2 实际效果图(LED下方为触摸式开关，节能灯以220U指示灯代替)

绿键：在静态模式(上电即进入静态模式)下，触摸此键即进入工作模式，绿色指示灯熄灭，节能灯和点阵屏开启，延时1min后转入静态模式。

黄键：在静态模式下，触摸此键则进入工作模式，黄色指示灯熄灭，节能灯和点阵屏开启，延时2min后转入静态模式。

红键：在静态模式下，触摸此键则进入工作模式，红色指示灯熄灭，节能灯和点阵屏开启，延时4min后转入静态模式。

材料准备

表1.1 元器件清单

制作过程

1.测试点阵的行列引脚。因为点阵引脚排列不规则，所以我们需要先测其引脚，然后记录在纸上。注意，每一排引脚有行也有列，一定要耐心测试。

2.将排孔、铜线、LED焊接在万用板上。固定好之后，将点阵屏插到排孔上。注意I/O接口线要平行排列，且上端要做成按钮式，既美观大方又容易触发。

3.将余下的电子元器件焊接在另外一块板上。注意，元器件布局要以连线不交插、美观大方作为两个基本点。还要注意，继电器要远离单片机，防止其干扰单片机电路。

4.按照电路图将元器件连接起来，这个工作很是烦琐，一定要有耐心。注意尽量不要使导线交叉，点阵连接最好用不同颜色的排线连接。

5.用铜柱将两块板子固定在一起。至此，开关的硬件已完工。

软件设计

程序包括主程序、初始化程序、触摸键检测子程序、提醒显示子程序、定时器0溢出中断子程序。

初始化程序除了对继电器、3个LED指示灯、点阵屏进行设置外，还必须将P0置1设为高阻输入状态，这是实现触摸功能的前提。

触摸键检测子程序的任务是根据触摸键操作来执行相应的处理程序，例如，触摸了绿指示灯的触摸按键，接下来单片机要执行4个任务：(1)打开定时器中断;(2)打开继电器，开启节能灯;(3)熄灭绿指示灯;(4)调用提醒显示子程序。注意，触摸键检测子程序需检测单片机引脚高电平，跟普通按键正好相反，当然消抖延时也是必不可少的。

提醒显示子程序的任务是显示所在位置的楼层数。

定时器中断的任务是延时一段时间，然后关掉定时器中断、继电器及提醒显示子程序，打开对应指示灯。定时器延时时间的到来需用中断次数和标志位相与作为判定条件。

另外，要提醒大家几点，调试的时候应该根据出现的现象分析程序哪一部分有问题，程序尽量条理清晰、模块化，以节省调试时间。切记不要使用交流电源，那样对触摸键的干扰会很大。编程部分难度不大，我相信，只要用心编写，耐心调试，把错误一步一步改正过来，大家会很快享受到电子制作带给我们的快乐。

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