1、2021年10月18日 第1頁基于AVR單片機(jī)的自動(dòng)作曲鋼琴2021年10月18日 第2頁一、課題研究的目的意義一、課題研究的目的意義二、國外研究現(xiàn)狀二、國外研究現(xiàn)狀三、采取的研究路線三、采取的研究路線四、總結(jié)四、總結(jié)目目 錄錄2021年10月18日 第3頁 創(chuàng)作音樂對(duì)于沒有受過系統(tǒng)音樂訓(xùn)練的人來說，是一件非常艱巨的任務(wù)。由于復(fù)雜的創(chuàng)作規(guī)律，即便是一個(gè)業(yè)余音樂愛好者，獨(dú)立創(chuàng)作一小段遵循創(chuàng)作規(guī)則的音樂并且聽起來悅耳動(dòng)聽，也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)自動(dòng)作曲鋼琴，是集電子琴和單片機(jī)于一體的新型電子琴。它以AVR單片機(jī)為核心，并輔有一些外圍器件，經(jīng)程序編寫，實(shí)現(xiàn)音樂采集、自動(dòng)合成音樂

2、、播放音樂等功能。系統(tǒng)具有硬件電路簡單，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代生活中具有一定的推廣價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。一、課題研究的目的意義一、課題研究的目的意義2021年10月18日 第4頁微軟的SongSmith項(xiàng)目，就是用電腦產(chǎn)生和弦，給用戶所唱的節(jié)奏進(jìn)行伴奏，它采用了希登馬爾科夫模型來預(yù)測(cè)用戶下一個(gè)會(huì)唱的音符，并產(chǎn)生相應(yīng)的和弦。 Allan和William的研究論文“和諧概率推理的贊美詩”，側(cè)重于通過希登馬爾科夫模型，產(chǎn)生與旋律協(xié)調(diào)一致的和弦。Chuan和Chew的研究論文“自動(dòng)生成特定伴奏風(fēng)格的系統(tǒng)”，他們的系統(tǒng)通過引入新黎曼檢查點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化成一個(gè)馬爾科夫矩陣，能夠?yàn)橐皇仔缮商囟L(fēng)格

3、的和弦。二、國外研究現(xiàn)狀二、國外研究現(xiàn)狀2021年10月18日 第5頁三、采取的研究路線三、采取的研究路線基本原理：利用程序控制單片機(jī)輸出端口的高、低電平,產(chǎn)生一定頻率的方波,然后通過喇叭可以發(fā)出一定頻率的聲音；通過控制高、低電平的輸出時(shí)間,可以改變波形,進(jìn)而改變音調(diào)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖三、采取的研究路線鋼琴輸入8-3優(yōu)先編碼器低通濾波器揚(yáng)聲器按鍵輸入PUTTY用戶界面2021年10月18日 第6頁ATmega 16單片機(jī)2021年10月18日 第7頁 鋼琴鍵盤輸入鋼琴鍵盤輸入鋼琴鍵盤的24個(gè)鍵分別用導(dǎo)線通過5K電阻連接到電路板VCC上，當(dāng)按鍵處于空閑狀態(tài)時(shí)，輸出電壓是VCC，當(dāng)鍵被按下時(shí)，輸出

4、電壓接近零。 按鍵輸入按鍵輸入按鍵輸入部分使用了4個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都與單片機(jī)的輸入端相連，用于判斷用戶所選擇的模式或者練習(xí)模式中的指令。 低通濾波輸出低通濾波輸出由于方波邊緣的緣故，從單片機(jī)輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)含有高頻分量。從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音有些刺耳，如果不處理，會(huì)破壞整體音質(zhì)。因此，添加一個(gè)低通濾波器，一個(gè)10K的電阻和一個(gè)0.1uF的電容使,時(shí)間常數(shù)為1ms。此濾波器可以有效地消除PWM輸出中不需要的粗糙的諧波。三、采取的研究路線一、硬件設(shè)計(jì)三、采取的研究路線2021年10月18日 第8頁軟件設(shè)計(jì)流程圖二、軟件設(shè)計(jì)2021年10月18日 第9頁 （一）（一）音序器設(shè)計(jì)音序器設(shè)計(jì) 1 1、音調(diào)

5、和速度測(cè)定音調(diào)和速度測(cè)定第一步是確定樂曲的速度和音調(diào)。音樂的速度由四分音符的長度確定，而四分音符的長度是由兩個(gè)音符之間的時(shí)間間隔決定。由于我們使用定時(shí)器1中斷來計(jì)算時(shí)間，當(dāng)計(jì)時(shí)器1計(jì)數(shù)到T1時(shí)，演奏下一個(gè)音符，可以通過改變T1的值來控制音樂的速度。歡快基調(diào)的T1值設(shè)定為200ms，舒緩基調(diào)的T1值設(shè)定為350ms。因此，歡快基調(diào)的速度是每分鐘150拍，舒緩基調(diào)的速度大概是每分鐘85拍。2 2、旋律旋律確定確定旋律的確定過程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)1*120的旋律矩陣。這個(gè)矩陣的輸入值代表旋律音符到C2的距離，-1代表空音符。旋律產(chǎn)生有兩個(gè)步驟：設(shè)置節(jié)奏和設(shè)置音調(diào)。三、采取的研究路線2021年10月18日

6、 第10頁（1 1）設(shè)設(shè)置置節(jié)奏節(jié)奏整首樂曲由15小節(jié)組成，每個(gè)小節(jié)包含8個(gè)八分音符，每個(gè)八分音符對(duì)應(yīng)旋律矩陣的一個(gè)元素。節(jié)奏模式中的一個(gè)1表示一個(gè)節(jié)拍，一個(gè)0表示空節(jié)拍。對(duì)于旋律的15小節(jié)的每一個(gè)小節(jié)，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，來選擇已選基調(diào)的八個(gè)節(jié)奏模式中的一個(gè)。（2 2）設(shè)置音調(diào)設(shè)置音調(diào)選擇旋律下一個(gè)音符的過程如下：首先產(chǎn)生介于0到127的隨機(jī)數(shù)。然后，系統(tǒng)在概率矩陣中找到對(duì)應(yīng)當(dāng)前音符的行，將隨機(jī)數(shù)與該行中每一列逐漸增加的概率值相比較，直到超過該隨機(jī)數(shù)。然后選擇該列對(duì)應(yīng)的音符成為下一個(gè)音符。三、采取的研究路線2021年10月18日 第11頁3 3、和弦確定和弦確定為了確保和弦和旋律在任何情況下

7、都可以合成一首動(dòng)聽的樂曲，一個(gè)旋律音符對(duì)應(yīng)的和弦音符有三種選擇。旋律音符之后，可以是5個(gè)、7個(gè)或12個(gè)半音。旋律音符后的5個(gè)半音正好構(gòu)成第四位音符; 之后七個(gè)半音正好構(gòu)成第五位音符，之后十二個(gè)半音正好構(gòu)成一個(gè)相同的低八度音符。這三個(gè)選擇與原音符非常和諧，在任何情況下，聽起來都很悅耳。三、采取的研究路線2021年10月18日 第12頁 （二）（二）鋼琴合成器鋼琴合成器使用頻率調(diào)制合成器（FM）來合成鋼琴聲音，因?yàn)轭l率調(diào)制（FM）合成是音頻合成的一種形式，通過調(diào)制頻率改變一個(gè)簡單波形的音色，在音頻范圍內(nèi)也可以通過頻率調(diào)制，產(chǎn)生更復(fù)雜的波形和不同聲音的音調(diào)。三、采取的研究路線2021年10月18日 第13頁四、總結(jié) 就總體而言，自動(dòng)作曲鋼琴系統(tǒng)如我們所預(yù)期的一樣，運(yùn)行良好。合成的音樂是一個(gè)類似鋼琴的聲音，合成算法運(yùn)行良好。對(duì)于硬件輸入，由于鍵盤電路布線，鋼琴鍵盤上的個(gè)別幾個(gè)按鍵有時(shí)不能饋送到單片機(jī)。因此，當(dāng)用戶在彈奏音樂時(shí)，可以使用旁邊的小鍵。 將程序?qū)階Tmega16,調(diào)試成功后,可任意彈奏自己想要的旋律，也可以合成自己想要的音樂。本課題通過制作電子琴，將幾個(gè)模塊很好的融合起來，對(duì)使用單片機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)作曲的電子琴進(jìn)行了分析，并介紹了基于單片機(jī)的電子琴系統(tǒng)硬件組成。 對(duì)于未來的改進(jìn)，我們可以通過學(xué)習(xí)更深的知識(shí)，使用更多的器件，使作曲系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確的搜集用