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1、课程设计报告课程名称： 吉他调音器控制系统设计-方案原理设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 课设时间： 指导教师： 批阅时间： 成 绩： 目录1.课题背景及意义22.课题用途33.课题研究发展方向44.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）4 4.1 本课题要完成的任务4 4.2 本课题要研究或解决的问题4 4.3 拟采用的研究手段4 4.4 课题总体设计思路5 4.4.1 音频采集电路5 4.4.2 放大电路5 4.4.3 滤波电路6 4.4.4 整形电路6 4.4.5 处理器7 4.4.6 电机控制7 4.4.7 整体电路图75.软件程序设计方案选择76.结论8附录一9附录二
2、10附录三110 沈阳工业大学本科生实验报告（适用理、工专业）1.课题背景及意义作为乐器家族中弦乐器的一员，吉他是一种通过拨动上面一根根的琴弦发出声音的有弦的演奏乐器。弹奏时用一只手拨动琴弦，另一只手的手指抵在指板上，后者是覆盖在琴颈上的金属小条。弹奏出来的声音会通过吉他的共鸣箱得到增强。吉他在不压弦时所弹出来的音，叫吉他的空弦音。吉他是一种十二平均律乐器，钢琴也是，目前绝大多数的音乐场合都是在使用十二平均律。利用12平均律的计算方式可以得到每根弦的空弦音对应基频的频率，如下:1弦空弦，音高E，频率f=440.0000/2(5/12)=329.6276Hz2弦空弦，音高B，频率f=440.00
3、00/2(10/12)=246.9417Hz3弦空弦，音高G，频率f=440.0000/2(14/12)=195.9977Hz4弦空弦，音高D，频率f=440.0000/2(19/12)=146.8324Hz5弦空弦，音高A，频率f=440.0000/2(24/12)=110.0000Hz6弦空弦，音高E，频率f=440.0000/2(29/12)=82.4069Hz 吉他的调音方法及其调音工具吉他、小提琴等弦乐器经常需要进行校音，通过调节弦的张力来调节弦的振动频率(即空弦音的音高)。作为一个吉它手，调音是必备技术之一，很难想象，一个吉它手每次弹琴前都需要别人替他调弦，那可真是不可思议。关于调
4、音的方法，主要有以下几类：（1）六音笛法。六音笛是专门为吉它调音设计的，其六个音与吉它的六根弦在音高和排列顺序上都是一一对应的，所以只要吹响一个笛音，记住其音高，调整相应弦的音高与其相同即可，据此调完六根弦。（2）单音笛法。单音笛是适合所有乐器调音的工具，自然也包括了吉它。一套单音笛一般是一组完整的自然音阶，但我们只要选用其中一支笛就可以了，这样随身携带十分方便。至于选哪个音笛，完全根据自己习惯，但一般是吉它弦的六个音：E、A、D、G、B、E中的一个。调音时，先调准与单音笛同音的那根弦，然后据此调准其它弦。（3）听电话音法。拿起电话听筒(或按下免提），听到的忙音就是一个国际标准的A音。先据此调
5、准第五弦A，然后再据此调好其它弦。（4）听自然泛音法。调音结束后，可采用听自然泛音法再加以更精确的校准。其原理是：吉它的十二品自然泛音应与空弦音相同。分别弹出空弦音，以及该弦十二品自然泛音，如果音准相同，则调弦准确，反之该弦不准，还要调整。 （5）听拍音法。调音初步准确后，找出不同弦上的两个共同音，同时弹响，如果发出的声音是象波浪一样一起一伏的，即有拍音，那么说明其中一弦肯定不准，需再作调校。因为如果两音频率完全一致，双音合成之后，声波的振幅叠加是完全和谐的，不会出现拍音。只有频率有差别时，才会产生交错叠加，出现强弱不匀的拍音现象。（6）看弦法。在已调好的一根弦上找出下一根你要调校的弦的空弦音
6、的位置，弹响，保持其声响，然后调校那根空弦，直到其产生共振为止。再进一步，可以仔细观察共振情况：如果琴弦呈振动、很快衰减、再振动的状态，则说明有拍音，尚未很准；如果和原先弹响的音一起慢慢衰减，则说明二音十分一致，调音很准。以上几种方法可以根据不同情况加以采用。其共同的要求是调弦者的听音能力要好，对初学音乐或者音阶听力不是很好的人来说掌握起来有一定的困难。我们已经了解到了传统吉他调音法的弊端，那么怎么才能使调音变更简单更精确呢？为此我们设计制作了以单片机为核心的电子校音器，校音时空弦音由校音器的话筒输入，用单片机对空弦音的频率进行计算判断，并通过液晶显示模块把频率显示出来，从而让调弦者明白调整方
7、向及调整幅度，反复几次，直至将琴弦频率调准。其具有使用方便、直观、调音精度高的特点。我们这次设计的是吉他校音器，只要对程序和电路稍作改动就可以成为其它乐器的校音器。2.课题用途 调音器是用来调节吉他的音准的。拾音器：装在电吉他琴体正面，你可以看到在琴弦下有几块“东东”，那就是拾音器。作用相当于麦克风。不过它是电吉他专用的“麦克风”，用来接收琴弦发出的声音。这个拾音器在各个电吉他上是不同的，我说的是数量，有两块的，三块的，四块的和五块的。效果起：另外一个独立的电子产品，不装在电吉他上。 作用是调节音色，让吉他发出各种各样丰富的声音。能做出各种各样的音色效果。 通常电吉他都会用到效果器。3.课题研
8、究发展方向 市场上存在类似的琴弦音频测定仪设备，与我们设计的琴弦频率智能测试仪相比，它们的缺点是体积较大，对使用环境要求苛刻，耗电大，价格昂贵等。制作了以单片机为核心的电子校音器，通过其大量的显示信息量、寿命长、耗电量小、重量轻、空间尺寸小、稳定性高、易于操作、携带和维护等特点可以在市场上取代老式的测试仪。4.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）4.1本课题要完成的任务演奏弦乐乐器前应先调准每根弦的音调，对于初学者或音阶听力不好的人来说，虽然可以通过一些方法（如用于调吉他的“第5把位按弦调法”）调弦，但要达到较高的准确度既费时又不容易。本设计针对这一问题，设计一个吉他调音器，可以
9、帮助初学者或音阶听力不好的人准确、快速地校准琴弦音调，而且体积小，携带和使用都很方便。 吉他调音器的基本原理是，调弦器检测待调弦的发声频率，然后将此频率与标准的频率比较，根据对比结果，控制电机转动，进而调节琴弦松紧度，使其发出的声音频率靠近标准频率。4.2本课题要研究或解决的问题（1）声波是一个幅值逐渐衰减的过程，所以采集的时间要合理，否则无法采集到合理的信号。（2）发音是有很多的泛音成分，及含有许多谐波，所以需要合适的选频电路或滤波电路。（3）由于声音的采集与程序能否同步是一个问题，因为声音是人在采集是拨动琴弦，这个时间能否使程序能够准确的响应执行是要解决的。（4）采集声音信号时的抗干扰能力
10、是要解决的问题。因为环境会干扰采集的精度，怎样让采集的抗干扰能力需要解决。4.3拟采用的研究手段琴弦频率测量部分设计利用单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数。要求能够对琴弦信号的频率进行准确计数，计数误差不超过1HZ。采用计数法，即测量单位时间内脉冲的个数，从而得到脉冲信号的频率，这种方法有一个明显的缺点：当频率较低时测量精度低，如果测量时间为1秒时精度能达到1Hz。4.4 课题总体设计思路系统组成结构（结构框图如图一所示）信号放大信号输入滤波电路 单片机 处理 控制电机 转动整形电路 图一 4.4.1 音频采集电路音频采集电路通常会有两种，可以是MIC输入，也可
11、以线输入。MIC输入时要注意MIC放大增益问题，输入信号的强度应适度，以保证后面滤波电路的效果。（电路图如图二所示） 图二4.4.2 放大电路吉他的信号输出，通常其输出的幅度较小，需要用放大器将微弱的信号放大，进而进行以后的处理过程。（电路图如图三所示） 图三4.4.3 滤波电路滤波的目的主要有两个，一个是对有用信号进行放大，另一个就是对无用信号进行衰减，以减小干扰信号的影响。（电路图如图四所示） 图四4.4.4 整形电路由于处理器采用的是对方波信号的测量，以计算出当前信号的频率，所以在输入到处理器之前需要将正弦信号转换成方波信号。（电路图如图五所示） 图五4.4.5 处理器软件必须具备比较高精度的时钟源，以保证获得比较高精度的信号分析。晶振最好采用=20PPM精度工艺。这样就可以给软件的运行环境提供一个高标准的工作环境，软件的算法质量才能得到保障,虽然选择的是低端的单片机，目前低端单片机中性能也有一些差别，有些单片机的机器周期是2个时钟周期，有些单片机性能较差，一个机器周期要12个时钟周期，那么同样的时钟周期，前者比后者执行的速度快6倍!4.4.6 电机控制 用电机的正反转来控制琴弦的松紧，进而改变琴弦振动时发出的声音的频率，实现吉他调
