摘 要

电子琴是传统乐器和现代科学技术结合的产物，相比传统乐器，电子琴的出现使人们可以演奏出未曾拥有的音色，而且功能丰富，在学习音乐的过程中更有趣味，也更容易学习。电子琴产品的发展历史长久，国内外对电子琴产品的设计及研究已经相当成熟，有多种多样的设计方法，例如使用单片机、FM调频、PCM音源技术等。

虽然市面上电子琴产品多种多样，但低价的电子琴产品基本都是单音弹奏，且音质普通。本文设计的是高音质电子琴音频阵列合成器，定位于价低的普通产品，在低成本的条件下使用多通道输出技术提高音质，且实现多音弹奏。本设计以STM32F426IGT6单片机作为系统的核心控制部分，使用矩阵键盘的输入方式，八通道音频输出，另有单独一条通道输出节拍器信号。设计好硬件电路之后，分模块编程配套软件程序，将程序烧入搭建好的硬件平台进行调试，实现弹奏音域达到三个八度，包含其中所有的音级；多音弹奏功能，可以同时弹响多个音，集成和弦弹奏；节拍器功能，在弹奏的同时可以打节拍，且节拍可调。

本设计最终实现了设计目标，且效果良好，符合预期的结果，圆满完成设计任务。

关键词：电子琴；音频阵列合成器；STM32F429IGT6单片机；多音弹奏；

Abstract

Electronic organ is the combination of traditional instruments and modern science technology. Compared with traditional instruments, with the emergence of electronic organ, people are allowed to play the timbre which never appears before. Moreover, electronic organ has rich functions, which makes learning music more interesting and easier.There is a long history of electronic organ development. At home and abroad, the design and research of electronic organ have been quite mature, so there are many kinds of design methods, such as using singlechip, FM frequency modulation, PCM sound source technology, etc.

Although there are many kinds of electronic organ products on the market，low price electronic organ products are basically single tone playing with ordinary sound quality. The design of this paper is high quality electronic organ audio array synthesizer, which is located in the low price products. Multi-channel output technology will be used to improve the sound quality and realize multi tone playing at low cost. In this design, STM32F429IGT6 single chip microcomputer is used as the core control part of the system, matrix keyboard is used as the input part of the system, eight audio channel is used as the output part of system, and there is a separate channel to output metronome signal. After designing the hardware circuit, the supporting software program will be designed in modules and programmed into the hardware platform for debugging. Finally achieving the targets as follows: play three octaves including all the sound levels; multi tone playing function, which is uesd to play multiple tones at the same time and play integrated chord; metronome function, which is uesd to play the beat while playing eletronic organ, and the beat is adjustable.

In the end, this paper achieves the design goal, meets the expected results and achieves good results. The design task is completed successfully.

Key Words：electronic organ；audio array synthesizer；STM32F429IGT6 single chip microcomputer；multi tone playing

目录

第1章 绪论 1

1.1音频阵列合成器设计的意义 1

1.2 电子琴国内外研究现状 1

1.3 本设计的主要研究内容 2

第2章 音频阵列合成器系统各模块方案设计 4

2.1音频阵列合成器系统功能设计 4

2.2音频阵列合成器系统整体方案设计 4

2.3 音频阵列合成器模块设计 5

2.3.1 键盘输入模块设计 5

2.3.2 单片机控制模块设计 6

2.3.2 音频输出模块设计 7

2.4开发环境设计 7

2.6本章小结 7

第3章 音频阵列合成器系统硬件设计 9

3.1 音频阵列合成器音频实现方式 9

3.2 音频阵列合成器系统总电路图 11

3.3 音频阵列合成器系统各模块电路图 13

3.3.1 主控芯片模块电路图 13

3.3.2 矩阵按键输入模块电路图 16

3.3.3 音频输出模块电路图 18

3.4 本章小结 19

第4章 音频阵列合成器系统软件实现 20

4.1 音频阵列合成器系统主程序 20

4.2 音频阵列合成器系统初始化程序 21

4.2.1音频阵列合成器系统定时器初始化 21

4.2.2音频输出初始化 22

4.2.3 按键输入初始化 23

4.3 矩阵按键扫描程序 25

4.4 音频输出和节拍器功能程序 27

4.4.1 定时器配置部分 27

4.4.2 定时器执行部分 34

4.5 本章小结 40

第5章 音频阵列合成器系统调试 41

5.1 音频阵列合成器硬件调试 41

5.2 音频阵列合成器软件调试 41

5.3 音频阵列合成器功能和性能测试 43

5.4 本章小结 44

第6章 总结与展望 45

6.1 总结 45

6.1 展望 45

参考文献 47

致 谢 48

第1章 绪论

1.1音频阵列合成器设计的意义

电子琴作为生活中比较常见的电子产品，有着比较悠久的发展历史。当今世界科学技术飞速发展，科学技术在生活中的应用不断改善人们的生活，生活中处处充满了电子产品。在满足生活温饱之后，人们就会追求提高生活质量，需要满足娱乐需求，而音乐一直以来都被大众喜爱，因为音乐是人们在生活中用来传递和倾诉自己的情感的一种方式，当音乐表达的情感和听者的处境相同时，人们会引起共鸣，所以音乐往往能打动人心^[1]。许多人都希望掌握一门乐器，弹奏自己喜欢的音乐，相比传统乐器，电子琴的出现使人们可以演奏出未曾拥有的音色，而且功能丰富，在学习音乐的过程中更有趣味，也更容易学习。

当今的电子琴都有一个CPU作为控制器件，在电子琴制造技术发展的历程中，制作电子琴的核心仍然是实现频率合成^[2]。在上个世纪30年代，频率合成技术理论出现，至今更新换代了三次。依次是直接模拟频率合成技术、间接频率合成技术、直接数字合成技术以及混合式频率合成技术^[3]。