專利名稱：電子式五線譜學習及演唱機及其控制方法
技術領域：
本發明屬于家用電子音響產品領域，特別涉及到一種用于音樂學習的電子式五線譜學習及演唱機和控制方法。
背景技術：
音樂是人類精神生活中的重要組成部分，也是深奧科學中的精華，隨著現代科技的高速發展，促使了人們在精神生活中的不斷需求，越來越多的家長尋求著讓下一代人從兒童起就通過各種途徑學習音樂，讓音樂的奧妙啟迪兒童思維的成長和智能的發育，使人變得更加聰明完美，不少成年人也在尋求自身學習音樂的簡捷途徑以豐富生活，這也是本發明人投身于本項目開發的主要宗旨。這種學習及演唱機不同于已在市場上很流行的各類電子琴，已有的這些電子琴是單為演唱而使用的一種工具，而所述電子式五線譜學習及演唱機，它不僅可用于演唱，而且還可教會使用者許多音樂知識，它集模擬五線譜的直觀按鍵輸入、逼真的五線譜視覺再現、準確的音頻音律演唱和節拍節奏演唱等功能為一體，以滿足音樂學習者的需要，其中包括可以簡捷地輸入和顯示五線譜的高低音譜號、調式升降號、節拍速率及類型、各種音符、各種休止符以及其它各種音樂符號，可以在大字組C音(低音譜下加二線)至小字二組b2音(高音譜上加二間)的寬廣音域內演唱出悅耳的音律以及不同的節拍。迄今為止市場上還沒有出現過如此多功能的既能用于演唱又利于學習及教學的音樂輔助教學設備。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是針對已有的各類用于演唱的電子琴，它們并不能進行音樂五線譜學習和教學。為了用一個輕巧便攜的小裝置實現對五線譜的直觀輸入、對書面五線譜的直觀再現和進行五線譜音譜、音調、音域、音符、音色、和弦等的區分與相關知識的學習，彌補現有演唱機的不足之處，就需要創造研發出便于音樂學習用的電子式五線譜學習及演唱機。針對人們對音樂的認知和需要，本發明的目的在于提供一種電子式五線譜學習及演唱機和控制方法，使人們通過它學習掌握五線譜音樂常識，本發明的目的是通過采用以下技術方案來予以實現一種電子式五線譜學習及演唱機，包括機體及上部面板，機體內含有一塊電子線路板，其特征在于，所述面板上設有一塊液晶顯示屏，還設有至少48個功能按鍵；所述電子線路板上包含有7個基本部分，它們是含MCS-51系列單片機MPU控制電路、與該控制電路相連的鍵盤輸入電路及液晶顯示電路，與該控制電路相連的專用音源發生器電路及依次連接著的緩沖模塊電路、功率放大器及揚聲器，由該線路板的饋線連接到內設或外設的便攜式交直兩用電源。所述至少48個功能按鍵，它們連接著鍵盤輸入，通過操作這些功能按鍵，便可簡捷地輸入一個完整的五線譜，且可直觀地在液晶顯示屏上顯示輸入的內容，其中包括節拍速度、節拍種類，高音譜號或低音譜號，調式升降號，各種音符(全音及二分、四分、八分、十六分、附點音符)，各種休止符(全休止及二分、四分、八分、十六分休止符)，小節線，連音線、變音記號、裝飾音號，反復記號等。所述的控制電路相連接的專用音源發生器電路，以及依次連接著的緩沖模塊電路、功率放大器及揚聲器系統，在得到播放按鍵指令后，便會根據輸入和顯示的五線譜內容，按公認的標準音律和頻率、通過揚聲器準確地演唱出悅耳的所顯示之五線譜述定旋律，演唱的音域范圍從《樂理》書中界定的大字組C音(低音譜下加二線)至小字二組b2音(高音譜上加二間)。所述線路板的單片機控制電路，采用AT89C52集成芯片，包含有中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口、定時器/以及串行通訊口各功能部件。所述鍵盤系統電路，根據按鍵數量較多的情況設計式矩陣或鍵盤，由行線與列線組成，按鍵位于行、列的交叉點，一個6線I/O口和一個8線I/O口構成6×8的矩陣鍵盤。鍵盤工作時采用編程掃描的工作方式，CPU對鍵盤的掃描采取程序控制方式，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據。所述液晶顯示電路，采用內置SED1520控制器型圖形液晶顯示模塊，該模塊由控制部、驅動部和接口部三部分組成，采用間接訪問方式與計算機相連。采用這種內置SED1520控制器型圖形液晶顯示模塊開發出的產品，具有便攜式顯示功能，可使這種學習及演唱機與使用者之間更具有親密和諧的人性化理念。所述專用音源發生器電路，是由一片內置9位DA轉換器的超大規模調頻音頻振蕩音源的集成電路芯片構成。它具有兩種可連續產生不同樂音的音色發生方式，即九種旋律音調或六種旋律音調附加五種節奏。在芯片的ROM中存儲了15種音色波形和5種節奏波形的數據。本產品的緩沖放大電路是按電路輸出接口的聲音模擬信號進行電平匹配，混合和緩沖放大，實現音量的控制。由于本學習及演唱機是一種音響產品，對于信號功率放大有一定要求，本產品中的緩沖放大電路結構是采用集成雙運放電路LA4558和功率放大集成電路CD7232P。這種電路的特點是工作電壓范圍寬，Vcc＝(3.5-12)V。所述外設的電源電路為便于攜帶的交直兩用電源。對于直流電壓可用4節5號電池，對于交流電壓，要經過變壓整流，整波及穩壓器電路，否則工作不穩定并能引起低頻自激，破壞音量及擴音器效果。
本產品在使用時，是由內設的計算機軟件進行程序控制來實現各種功能的，所述電子式五線譜學習及演唱機的控制方法，其特征在于，該方法首先利用系統程序對產品進行初始化設置，包含系統狀態初始化、液晶顯示模塊的初始化、隨機存儲單元清零、設置節拍速度默認值為60拍/分鐘；然后進入鍵盤掃描主程序，等待鍵盤輸入；接著進行顯示、數據處理各步驟。所述鍵盤掃描主程序，它完成下述功能，a.判斷鍵盤上有無鍵盤按下，b.消除按鍵抖動的影響，c.求出按鍵位置，d.進行一次按鍵處理，等待按鍵釋放后，再進行按鍵功能的處理操作。
本發明的有益效果是，該演唱學習機不僅能用于演唱，還能完成五線譜音樂知識的學習，該機體輕小便攜，耗電量小，工作穩定可靠。
圖1為電子式五線譜學習及演唱機外貌示意圖；圖2為該學習機電路原理框圖；圖3為單片機交換數據通道I/O口連接示意圖；圖4a為專用音源芯片內部結構圖；圖4b為一種具有雅馬哈電子琴音源芯片的電路原理圖；圖5為AT89C52單片機與6×8矩陣鍵盤的接口電路；圖6為顯示系統內SED1520圖形液晶顯示模塊原理框圖；圖7為SED1520圖形液晶顯示模塊的間接訪問連接方式；圖8為機體外連接的穩壓電源電路；圖9為系統軟件流程框圖；圖10為鍵盤掃描程序框圖；圖11為寫入樂符及程序框圖。
具體實施例方式
參照圖1表示，本發明所描述的電子式五線譜學習及演唱機外貌示意圖，圖中1為學習機的機體；機體側壁引出饋線1.1連接到外設的電源系統，機體上部面板2，該面板上設有一個液晶顯示屏2.1和至少48個功能鍵2.2，面板下側處設有播板孔2.3，機體內部設置有一塊電子線路板3。
參照圖2表示該演唱學習機機體內電子線路板上電原理框圖，圖中MPU控制電路3.2，分別連接到鍵盤輸入系統電路3.1及液晶顯示電路3.3，MPU控制電路還雙向連接著音源發生器電路3.4并依次連接著緩沖模塊電路3.5，功率放大器3.6及場聲器3.7。
參照圖3，表示單片機交換據通道I/O連接示意圖，圖中表示AT89C52共有4個I/O口P0、P1、P2、P3，每個I/O有8根可編程的I/O線引出，本系統中P0口用作音源發生器和液晶顯示器的數據接口，P1口和P2口部分線用于鍵盤系統的輸入輸出口，P2.6、P2.7組成音源發生器的控制信號，P3口中的P3.0作為音源發生器的復位信號，P3.2-p3.6組成液晶顯示系統的片選讀寫及復位控制信號。
參照圖4a，表示專用音源芯片內部結構圖，這是一片內置9位DA轉換器的超大規模音頻振蕩音源(FM音源)的集成電路，它具有兩種可連續產生不同樂音的音色發生方式，即9種旋律音調或6種旋律音調附加5種節奏。在芯片的ROM中存儲了15種音色波形和5種節奏波形的數據。
參照圖4b，作為一個例子，表示具有雅馬哈電子琴音源芯片的電路原理圖。本發明選用的專用音源發生器電路芯片，可以采用已有技術中的雅馬哈電子琴音源芯片，也可以選用其他型號的音源芯片。
參照圖5，表示AT89C52單片機與6×8矩陣鍵盤的接口電路，圖中用一個6線I/O口和一個8線I/O口構成6×8的矩陣鍵盤，鍵盤采用編程掃描的工作方式，CPU對鍵盤的掃描采取程序控制方式，一旦進入鍵掃描狀態，則反復地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數據，而在軌行鍵入命令或數據過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU返回重新掃描為止。
參照圖6，表示顯示系統內SED1520圖形液晶顯示模塊原理框圖，圖中SED1520圖形液晶顯示模塊由三個部分組成控制部、驅動部和接口部，控制部是由顯示時序發生器和顯示存儲器及管理電路兩部分組成；驅動部由掃描一行計數器、顯示數據鎖存器、液晶顯示行驅動電路、液晶顯示列驅動電路及相關外引腳組成。具有16路行驅動輸出和61路列驅動輸出，單片SED1520可以驅動61×16點陣的液晶顯示器件。接口部包括I/O緩沖器、復位電路、指令譯碼器和狀態字寄存器等，其主要作用是銜接計算機與片內寄存器和存儲器數據通道的聯系，實現計算機對SED1520的控制。
參照圖7，表示SED1520圖形液晶顯示模塊的間接訪問連接方式，這種間接訪問方式是計算機通過自身的或系統的并行接口與液晶顯示模塊連接，計算機通過對該并行接口輸出狀態的編程操作，完成對液晶顯示模塊所需時序的操作和數據的傳輸。
參照圖8，表示在機體外連接的穩壓電源電路，該電源電路的作用是提供給所有集成電路、元器件正常工作所需的電壓，除選用直流穩壓電源外，在產品內部還裝有穩壓電路由外接直流電源或干電池輸入Vcc(6V)電壓，一路供給功放電路，一路經穩壓變為+5V電源，供CPU、音源電路、鍵盤電路、液晶顯示用。
參照圖9，表示系統軟件流程圖，它由初始化、鍵盤掃描、顯示數據處理等程序構成，產品使用時，首先，系統程序對產品進行初始化設置，如系統狀態初始化，液晶顯示模塊的初始化，隨機存儲單元清零，設置節拍速度默認值(96拍/分鐘)等。
參照圖10，表示鍵盤的掃描程序框圖，鍵盤掃描程序必須完成下面幾個功能，(1)判斷鍵盤上有無鍵按下；(2)清除按鍵抖動的影響；(3)求按鍵位置；(4)鍵閉合一次僅進行一次按鍵的處理。
參照11，表示寫入樂符的子程序框圖，由于SED1520波沒有字庫，我們將樂符繪成8×8點陣的樂符字模，其中樂符字模的第1個字節和第7、8個字節作為樂符間距設置，在程序中寫入6×8點陣，程序的輸入寄存器為列地址寄存器、頁地址寄存器和代碼寄存器。程序把顯示屏分為4個字符行，以頁地址設定，列地址為任意設定。
權利要求
1.一種電子式五線譜學習及演唱機，包括機體及上部面板，機體內含有一塊電子線路板，其特征在于，所述面板上設有一塊液晶顯示屏，還設有至少48個功能按鍵；所述電子線路板上包含有7個基本部分，它們是含MCS-51系列單片機MPU控制電路、與該控制電路相連的鍵盤輸入電路及液晶顯示電路，與該控制電路相連的專用音源發生器電路及依次連接著的緩沖模塊電路、功率放大器及揚聲器，由該線路板的饋線連接到內設或外設的便攜式交直兩用電源。
2.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述的功能按鍵，它們連接著鍵盤輸入端，以五線譜符號按鍵和垂直排列的五線譜音位按鍵構成五線譜輸入鍵盤，可滿足輸入一個完整的五線譜，其中包括節拍速度，高音譜號或低音譜號，調式升降號，各種音符包括全音及二分、四分、八分、十六分、附點音符，各種休止符包括全休止及二分、四分、八分、十六分休止符，小節線，連音線，變音記號，裝飾音號，反復記號。
3.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述通過功能按鍵輸入的五線譜，全部內容能清晰直觀地以正規五線譜的視覺效果顯示于液晶顯示屏上，其范圍包括五條線、下加二線、上加二間；所述通過鍵盤輸入系統輸入的信息及顯示的五線譜信息可在緩沖模塊中暫存，得到播放指令后，系統便會按標準音律和頻率，通過揚聲器準確地演唱出所顯示的五線譜述定旋律，演唱的音域范圍可從界定的大字組C音至小字二組b2音。
4.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述線路板的單片機MPU控制電路，采用AT89C52集成芯片，包含有中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口、定時器/以及串行通訊口各功能部件。
5.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述鍵盤輸入電路，根據按鍵數量較多的情況設計矩陣式鍵盤，由行線與列線組成，按鍵位于行、列的交叉點，為一個6線I/O口和一個8線I/O口構成6×8的矩陣鍵盤。
6.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述液晶顯示電路，采用內置SED1520控制器型圖形液晶顯示模塊，該模塊由控制部、驅動部和接口部三部分組成，采用間接訪問方式與計算機相連。
7.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述專用音源發生器電路，是由一片內置9位DA轉換器的超大規模調頻音頻振蕩音源的集成電路芯片構成。
8.根據權利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機，其特征在于所述緩沖模塊電路及功率放大器結構是采用集成雙運放電路LA4558和功率放大集成電路CD7232P。
9.一種如利要求1所述的電子式五線譜學習及演唱機的控制方法，其特征在于該方法依次為，首先利用系統程序對產品進行初始化設置，包含系統狀態初始化、液晶顯示模塊的初始化、隨機存儲單元清零、設置節拍速度默認值為60拍/分鐘；然后進入鍵盤掃描主程序，等待鍵盤輸入；接著進行顯示、數據處理各步驟。
10.根據權利要求9所述的五線譜學習及演唱機的控制方法，其特征在于所述鍵盤掃描主程序，它完成下述內容(a).判斷鍵盤上有無鍵盤按下；(b).消除按鍵抖動的影響；(c).求出按鍵位置，(d).進行一次按鍵處理，等待按鍵釋放后，再進行按鍵功能的處理操作。
全文摘要
一種電子式五線譜學習及演唱機及其控制方法，屬于家用電子音響產品領域，包括機體及上部面板，機體內含有一塊電子線路板，所述面板上設有一塊液晶顯示屏，還設有至少48個功能按鍵；所述機體內包含有電子線路板，板上包含7個基本部分，它們是含MCS－51系列單片機MPU控制電路、與該控制電路相連的鍵盤輸入電路及液晶顯示電路，與該控制電路相連的專用音源發生器電路及依次連接的緩沖模塊電路、功率放大器及揚聲器，由該線路板的饋線連接到內設或外設的交直流兩用電源。本產品是由計算機軟件進行程序控制實現各種功能。該學習及演唱機不僅能用于演唱，還能完成五線譜音樂知識的學習，該機體輕小便攜，耗電量小，工作穩定可靠。
文檔編號G09B15/00GK1866316SQ20061006672
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月5日 優先權日2006年4月5日
發明者黎建國 申請人:黎建國