專利名稱：數(shù)字鋼琴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字鋼琴，尤其是一種具有一定力度，近似于機(jī)械鋼琴聲音的數(shù)字鋼琴。
目前公知的數(shù)字鋼琴種類繁多，但是，它們共同的缺陷是聲音力度不強(qiáng)，與機(jī)械鋼琴的聲音相差較遠(yuǎn)，演奏效果不理想。目前有鍵盤力度感的電子琴或電子鋼琴在力度處理方面主要采用以下2種辦法－－效果比較好的是沿每個(gè)鍵的行程方向的不同位置上放置2個(gè)導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)，使得它們在鍵動(dòng)作時(shí)先后觸及電路電極，再由專用電路或智能芯片將此先后動(dòng)作的時(shí)間差轉(zhuǎn)換成力度。另外一種是利用導(dǎo)電橡膠的壓力/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系，直接將擊鍵壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的大小然后再處理。但是這些方法都有一個(gè)嚴(yán)重的問題潮濕環(huán)境、觸點(diǎn)磨損、逐漸不清潔和導(dǎo)電橡膠老化會(huì)帶來接觸不良或誤動(dòng)作，而且長時(shí)間或大工作量的使用會(huì)使該問題更加突出。
本實(shí)用新型的目的是提供一種聲音力度較強(qiáng)，近似于機(jī)械鋼琴聲音的數(shù)字鋼琴。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括中央處理電路，波形形成電路，輸出處理電路，其特征在于其電路由獨(dú)立的前端和后端組成，它們之間通過兩條連線L1、L2相連；前端為鍵盤平臺(tái)，包括光電管電路、光電數(shù)據(jù)處理電路和前端中央處理電路；后端為波形形成平臺(tái)，包括后端中央處理電路、波形形成電路和輸出處理電路；前端中央處理電路中U1為單片機(jī)90S4414，它的1…8、9、12、13、16、17、19、30和P0、P2口全部接到FLASH、RAM及緩沖電路時(shí)鐘、顯示、數(shù)據(jù)輸入及控制電路，電阻R50通過線路L1接到后端中央處理電路的U28-2，U1-11通過線路L2連接到后端中央處理電路的U16-3；后端中央處理電路中U16為單片機(jī)90S4414，它的1、2、4、6、7、8、9、12、16、19、30和P0、P2口全部接到FLASH、RAM及緩沖電路DSP同步引導(dǎo)及控制電路；U28是光電耦合器6N137，其2、3腳分別接線路L1、L2，7、8腳接VCC，5腳接地，6腳接上拉電阻R1同時(shí)接到U16-10，電容C6跨接在5、8腳之間；前端還設(shè)置有可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)。
--前端中央處理電路通過8條數(shù)據(jù)線D0…D7和16條控制線C0…C15與光電管電路相連，光電數(shù)據(jù)處理電路是由晶振和多片單片機(jī)89C51與緩沖器74LS244組成，它通過178條數(shù)據(jù)線IR0…IR177和光電管電路相連；后端中央處理電路通過8條數(shù)據(jù)線D0…D7、16條地址線A_2…A13和8條控制線R0…R3、S0…S3與波形形成電路相連，波形形成電路通過串行線路DX0、DX1連接輸出處理電路，F(xiàn)SX0和FSX1是這2個(gè)電路之間的串行同步幀連線；后端中央處理電路和波形形成電路的串行時(shí)鐘與同步時(shí)鐘來自輸出處理電路，線路SC8、SC64傳遞這2個(gè)時(shí)鐘；后端中央處理電路和輸出處理電路之間僅有一條控制線MU。
--波形形成電路由4部分組成--DSP-1裝置…DSP-4裝置，每個(gè)DSP裝置包括U1 TMS320C32 DSP數(shù)字信號(hào)處理器；01 40MHz 晶體振蕩器；U1374LS2458雙向總線收發(fā)器；U5、U6 7SLS244 8緩沖器；它們之間的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)總線ED0…ED7分別接到U1的D端和U13的A端；數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U13的B端、DSP-2裝置、DSP-3裝置、DSP-4裝置和J9插座；地址總線E_2、E_1、E0…E13分別接到U1的STRB0-B2/A_2、STRB0_B3/A_1、A0…A13和U5、U6的1A、2A端；地址總線A_2、A_1、A0…A13分別接到U5、U6的1Y、2Y端、DSP-2裝置、DSP-3裝置、DSP-4裝置和J10、J11；J5-1接U1-134；J5-2、U5-1、19，U6-1、19和U13-19互連；U1-1、3、4、5、6、7接到串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置，DSP-2裝置、DSP-3裝置和DSP-4裝置中相應(yīng)芯片的1、3、4、5、6、7腳也接到串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置；U1-9同時(shí)接到上拉電阻R1和J1-1；U1-10、11、13、14、17、18、108接到測試電路；U1-20接上拉電阻R9；U1-113接到晶振O1-3；U1-115接上拉電阻R2；U1-141、142、143接上拉電阻R13；U1-117、133、140接地；J1-2，J5-3，J9-9、10，J10-9、10，J11-9、10和O1-2均接地；
01-4接VCC。
--后端中央處理電路包括U1 29010 128K FLASH存儲(chǔ)器；U2 62256 32K RAM；U3 74LS164 8位移位寄存器； U5 74LS377 8D觸發(fā)器；U9 74LS00 與非門； U14 74LS138 3-8譯碼器；U16 90S4414 AVR單片機(jī)；它們之間的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)總線DI0…DI7分別接到U16的P0口、U5的D輸入端和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U1的D端、U2的D端、J3插座和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；地址總線AI8…AI15分別接到U16的P2口、U14的ABC輸入端和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；地址總線AH12…AH16分別接到U16的6、7、8，U9的3、6和U1的A12…A16；地址總線A0…A13分別接到U1的A0…A11，U2的A2…A14，U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置和J1、J2插座；地址總線A_2，A_1分別接到U2的A0、A1，U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置和J1插座的1、2；復(fù)位總線reset0…reset3接到U5的輸出Q0…Q3和J7插座；選擇總線select0…select3接到U3的輸出Q0…Q3、U4-4、3、2、1，U9-1、2、4、5和J8插座；U1-31接VCC；U3-Q4…Q7分別接到U4-5、6、11和U13-5、4、2、1；U3-9接VCC；U4-8與U3-1、2相連；U5-12接U17-2；U5-15、U17-5、U2-20和U9-9、10互連；U5-16接U4-12；U9-8接U1-22、24；U13-6接到U13-9、10、12、13；U14-4、5接地，6接VCC；
U14-13接到U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；U14-14與U5-1互連；U16-1、2、4、9、19接到U16輔助電路；U16-10接到串口光電轉(zhuǎn)換電路；U16-12、U13-8、U9-12、13和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置互連；U16-16、U5-11、U2-27互連；U16-30接到U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；U17-1接U3-8；U17-4、3互連；U17-6接J10-1；J1-9、10，J2-9、10，J3-9、10，J7-5，J8-5，J10-2均接地。
--可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)包括一琴底板4，琴底板4上緊固有四個(gè)對(duì)稱的光電管托架5，每個(gè)光電管托架5上有上下兩個(gè)孔，上排各孔同心并且下排各孔也同心，其中中間兩個(gè)光電管托架5之間固定有減震膠墊7，減震膠墊7的上方為固定在琴鍵底部的遮光片8，上下二只光電接收管1和上下二只光電發(fā)射管2分別固定在兩個(gè)相對(duì)的印制電路板3上并且分別位于外側(cè)兩個(gè)光電管托架5的上下兩個(gè)孔內(nèi)。
本實(shí)用新型通過采用上述結(jié)構(gòu)，即，光電對(duì)管結(jié)構(gòu)的力度感應(yīng)技術(shù)；多片數(shù)字信號(hào)處理器(DSP-digital signal processor)同步引導(dǎo)技術(shù)和前后端分置的抗干擾遠(yuǎn)距離連接技術(shù)，具有較好的演奏效果，采用光電管來替代導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)開關(guān)，避免了在潮濕環(huán)境、觸點(diǎn)磨損、逐漸不清潔和導(dǎo)電橡膠老化的情況下所帶來的接觸不良或誤動(dòng)作。此外還可以遠(yuǎn)距離連接。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述


圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖。
圖2是前端電路框圖。
圖3是后端電路框圖。
圖4是電路連接原理圖。
圖5是光電管電路圖。
圖6是后端中央處理電路。
圖7是波形形成電路圖。
圖8是可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)圖。
圖9(A、B、C)是琴鍵切斷光路過程的示意圖。
見
圖1，鋼琴電路分為二部分－－前端和后端，每端又各有三部分組成，附圖描述了它們之間的連接關(guān)系，下面首先介紹電路各部分的功能本電路分為二部分－－前端和后端(物理上獨(dú)立)，它門之間靠一對(duì)數(shù)據(jù)線連接，如果以功能劃分的話，前端稱為鍵盤平臺(tái)，后端稱為波形形成平臺(tái)。
見圖2，前端由三部分組成－－光電管電路、光電數(shù)據(jù)處理電路和前端中央處理電路。其中光電管電路的功能是探測鍵盤的動(dòng)作并將感應(yīng)信號(hào)傳送到光電數(shù)據(jù)處理電路，光電數(shù)據(jù)處理電路把感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成擊鍵力度數(shù)據(jù)送往前端中央處理電路，前端中央處理電路僅將數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)變成串行送到后端，前端中央處理電路的主要任務(wù)是功能鍵管理、顯示管理和對(duì)后端控制。
見圖3，后端也由3部分組成－－后端中央處理電路、波形形成電路和輸出處理電路。后端中央處理電路的功能是將前端送來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到波形形成電路，并控制后者的同步引導(dǎo)和工作進(jìn)程，波形形成電路根據(jù)收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成鋼琴數(shù)字波形并把它送到輸出處理電路，輸出處理電路的工作將數(shù)字波形轉(zhuǎn)換為模擬波形并輸出，它的另外一個(gè)任務(wù)是向后端中央處理電路和波形形成電路提供串行時(shí)鐘與同步時(shí)鐘。前端-光電管電路在后面的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)的力度感應(yīng)技術(shù)中詳細(xì)介紹。
光電數(shù)據(jù)處理電路是由晶振和多片單片機(jī)89C51與緩沖器74LS244組成，它和光電管電路之間有178條數(shù)據(jù)線IR0…IR177相連，和前端中心處理電路之間有8條數(shù)據(jù)線D0…D7和16條控制線C0…C15，因它的基本構(gòu)造屬于現(xiàn)有技術(shù)，所以沒有畫出具體電原理圖也就不詳述了。
前端中央處理電路主要是由單片機(jī)90S4414、FLASH29040、RAM62256、緩沖器74LS244、鎖存器74LS373、D觸發(fā)器74LS377、RS觸發(fā)器74LS279、3-8譯碼器74LS138、計(jì)數(shù)器74LS191、與非門74LS30、74LS133、或門74LS32、反相器74LS04、LED2451BE和晶振組成。它和光電數(shù)據(jù)處理電路之間有8條數(shù)據(jù)線D0…D7和16條控制線C0…C15，和后端中央處理電路之間僅有2條數(shù)據(jù)線L1和L2，它的基本構(gòu)成也屬現(xiàn)有技術(shù)，不在累述。后端-后端中央處理電路和波形形成電路將在后面的多片數(shù)字信號(hào)處理器同步引導(dǎo)技術(shù)中詳細(xì)介紹。
輸出處理電路主要由D/A轉(zhuǎn)換器CS4390、運(yùn)放LF347、D觸發(fā)器74LS74、緩沖器74LS34、計(jì)數(shù)器74LS191、晶振和一些電阻電容組成；它和波形形成電路之間有2條串行數(shù)據(jù)線DX0和DX1，還有2條幀時(shí)鐘線FSX0和FSX1及一條串行時(shí)鐘線SC64，和后端中央處理電路之間有一條同步時(shí)鐘線SC8和一條控制線MU，還有一個(gè)雙聲道輸出端口。它的基本構(gòu)成屬現(xiàn)有技術(shù)，不在累述。
現(xiàn)在詳細(xì)敘述三項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)1、光電對(duì)管結(jié)構(gòu)的力度感應(yīng)技術(shù)圖5、圖8，顯示了位于一只琴鍵下方的光電管力度感應(yīng)器的詳細(xì)位置結(jié)構(gòu)側(cè)面圖。圖中1為上下二只光電接收管，2為上下二只光電發(fā)射管，3為印制電路板，1、2焊接在3上；它們具體的電氣接法畫在圖5的光電管電路中，光電管電路有44個(gè)完全相同的部分IRC0…IRC43，每部分各有4對(duì)光電管和一個(gè)4比較器LM339，負(fù)責(zé)2只琴鍵的力度感應(yīng)工作。光電管D1、D2、D3和D4是光電發(fā)射管，通過一個(gè)接到電源的電阻將它們串聯(lián)起來，T1、T2、T3和T4是光電接收管，每一個(gè)光電管的輸出都接一只電阻并接到一個(gè)比較器的負(fù)輸入端，D1和T1、D2和T2是一只鍵下的2對(duì)光電管，D3和T3、D4和T4是另一只鍵下的2對(duì)光電管。U1是4比較器，比較器的作用是將輸入的非線性變化轉(zhuǎn)換成輸出“1”，“0”變化，通過R5、R6分壓得到的參照電壓接到比較器的正輸入端，比較器的輸出接上拉電阻同時(shí)接到單片機(jī)的I/O口，單片機(jī)通過此口不斷檢測光電接收管的電流變化，并根據(jù)2只光電接收管的電流變化時(shí)間差換算成力度值；4是琴底版，5為光電管托架，6為阻光板，7為減震膠墊，5緊固在4上，6、7緊固在5上；8是緊固在琴鍵底部的遮光片，隨琴鍵一起動(dòng)作，圖中顯示出目前處于琴鍵的未按下狀態(tài)，當(dāng)鍵動(dòng)作時(shí)，緊固在它底部的8會(huì)先后切斷上下2對(duì)光電管(發(fā)射-接收)的光路，由此引起2個(gè)接收光電管的電流變化，這對(duì)電流變化的時(shí)間差由單片機(jī)轉(zhuǎn)換成力度值。圖9是琴鍵切斷光路過程的示意圖，琴鍵和它下面的光電管結(jié)構(gòu)均是簡化的。圖9-A表明鍵處于水平狀態(tài)，此時(shí)2對(duì)光電管的光路完全暢通，圖9-B給出了鍵開始被壓下時(shí)上面的一對(duì)光電管光路被切斷的情形，圖9-C是鍵完全被壓下時(shí)2對(duì)光電管光路都被切斷的情形。
2、多片數(shù)字信號(hào)處理器同步引導(dǎo)技術(shù)一般電子樂器在模仿傳統(tǒng)樂器發(fā)音時(shí)采用的是波表法，其波形的形成通常由專用超大規(guī)模集成電路完成(高檔與低檔的差別主要在于波表中原音采樣和包絡(luò)修飾的細(xì)致程度)，因此不涉及多片DSP的同步工作問題。在本設(shè)計(jì)中是通過運(yùn)算產(chǎn)生鋼琴波形，采用的是具有浮點(diǎn)運(yùn)算能力的DSP芯片－－TMS320C32。由于運(yùn)算量大需要4片DSP同時(shí)處理數(shù)據(jù)，為了避免多片DSP帶來的成本增加問題，需要這些DSP在同步狀態(tài)下工作以便共享一些外圍芯片，但是TMS320C32是一種無片上ROM的DSP，它的低成本工作方式是每次加電時(shí)啟動(dòng)一個(gè)引導(dǎo)過程將程序由外部低速ROM加載到外部高速RAM或片上RAM中，因此實(shí)現(xiàn)同步工作的關(guān)鍵就是如何實(shí)現(xiàn)同步引導(dǎo)。
涉及到同步引導(dǎo)的電路是后端中央處理電路(見圖6)和波形形成電路(見圖7)。它們之間的連接如下從前端來的數(shù)據(jù)經(jīng)長線L1、L2進(jìn)入后端中央處理電路，該電路和波形形成電路通過8條數(shù)據(jù)線D0…D7、16條地址線A_2…A13和8條控制線R0…R3、S0…S3交換數(shù)據(jù)與控制信息。經(jīng)過波形形成電路處理的數(shù)據(jù)通過串行線路DX0、DX1送到輸出處理電路，F(xiàn)SX0和FSX1是這2個(gè)電路之間的串行同步幀連線。后端中央處理電路和波形形成電路的串行時(shí)鐘與同步時(shí)鐘來自輸出處理電路，由線路SC8、SC64傳遞這2個(gè)時(shí)鐘。后端中央處理電路中的“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”和“U16輔助電路”主要是U16讀取RAM所必須的地址數(shù)據(jù)緩沖器74LS244、鎖存器74LS373、總線收發(fā)器74LS245、或非門74LS02，還有晶振、復(fù)位、顯示等簡單電路，因均與引導(dǎo)無關(guān)并且屬于現(xiàn)有技術(shù)，所以用框圖代替；波形形成電路中的“測試電路”和“串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置”也屬于類似情況，這些均不做進(jìn)一步闡述。后端中央處理電路中的另一個(gè)框圖“串口光電轉(zhuǎn)換器”在前后端分置的抗干擾遠(yuǎn)距離連接技術(shù)中會(huì)有詳述。
現(xiàn)在先分別介紹這2個(gè)電路的主要元件和連接關(guān)系，然后在分析同步引導(dǎo)的原理。
波形形成電路(見圖7)，本電路由4部分組成－－“DSP-1裝置”…“DSP-4”裝置，它們是結(jié)構(gòu)完全相同的電路，所以只給出“DSP-1裝置”的詳細(xì)電路。
主要元件U1 TMS320C32 DSP數(shù)字信號(hào)處理器01 40MHz 晶體振蕩器U13 74LS245 8雙向總線收發(fā)器U5、U6 7SLS244 8緩沖器連接關(guān)系數(shù)據(jù)總線ED0…ED7分別接到U1的D端和U13的A端。
數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U13的B端、“DSP-2裝置”、“DSP-3裝置”、“DSP-4裝置”和J9插座。
地址總線E_2、E_1、E0…E13分別接到U1的STRB0-B2/A_2、STRB0_B3/A_1、A0…A13和U5、U6的1A、2A端。
地址總線A_2、A_1、A0…A13分別接到U5、U6的1Y、2Y端、“DSP-2裝置”、“DSP-3裝置”、“DSP-4裝置”和J10、J11。
J5-1接U1-134。
J5-2、U5-1、19，U6-1、19和U13-19互連。
U1-1、3、4、5、6、7接到“串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置”，“DSP-2裝置”、“DSP-3裝置”和“DSP-4裝置”中相應(yīng)芯片的1、3、4、5、6、7腳也接到“串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置”。
U1-9同時(shí)接到上拉電阻R1和J1-1。
U1-10、11、13、14、17、18、108接到測試電路。
U1-20接上拉電阻R9。
U1-113接到晶振O1-3。
U1-115接上拉電阻R2。
U1-141、142、143接上拉電阻R13。
U1-117、133、140接地。
J1-2，J5-3，J9-9、10，J10-9、10，J11-9、10和O1-2均接地。
O1-4接VCC后端中央處理電路(見圖6)，主要元件U129010 128K FLASH存儲(chǔ)器U262256 32K RAMU374LS1648位移位寄存器U574LS3778D觸發(fā)器U974LS00 與非門U14 74LS1383-8譯碼器U16 90S4414AVR單片機(jī)連接關(guān)系數(shù)據(jù)總線DI0…DI7分別接到U16的P0口、U5的D輸入端和“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”。
數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U1的D端、U2的D端、J3插座和“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”地址總線AI8…AI15分別接到U16的P2口、U14的ABC輸入端和“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”。
地址總線AH12…AH16分別接到U16的6、7、8，U9的3、6和U1的A12…A16。
地址總線A0…A13分別接到U1的A0…A11，U2的A2…A14，“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”和J1、J2插座。
地址總線A_2，A_1分別接到U2的A0、A1，“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”和J1插座的1、2。
復(fù)位總線reset0…reset3接到U5的輸出Q0…Q3和J7插座。
選擇總線select0…select3接到U3的輸出Q0…Q3、U4-4、3、2、1，U9-1、2、4、5和J8插座。
U1-31接VCCU3-Q4…Q7分別接到U4-5、6、11和U13-5、4、2、1。
U3-9接VCC。
U4-8與U3-1、2相連。
U5-12接U17-2。
U5-15、U17-5、U2-20和U9-9、10互連。
U5-16接U4-12。
U9-8接U1-22、24。
U13-6接到U13-9、10、12、13。
U14-4、5接地，6接VCC。
U14-13接到“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”。
U14-14與U5-1互連。
U16-1、2、4、9、19接到“U16輔助電路”。
U16-10接到“串口光電轉(zhuǎn)換電路”。
U16-12、U13-8、U9-12、13和“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”互連。
U16-16、U5-11、U2-27互連。
U16-30接到“U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置”。
U17-1接U3-8。
U17-4、3互連。
U17-6接J10-1。
J1-9、10，J2-9、10，J3-9、10，J7-5，J8-5，J10-2均接地。
基本原理為使敘述簡單，所有芯片均加前綴和后綴以區(qū)別所屬圖及管腳。例U16-21指的是圖中U16的21腳。
同步引導(dǎo)的控制主要由圖中的下半部電路實(shí)現(xiàn)。
●當(dāng)加電復(fù)位后，后端中央處理電路-U16向2000H(實(shí)際在這個(gè)電路中2000H－－20FFH是一樣的)地址單元寫“0”，地址2000H的高8位是后端中央處理電路-U14-14腳的低電平條件，也是后端中央處理電路-U5進(jìn)入選通狀態(tài)的條件，“0”被保持在后端中央處理電路-U5的輸出端Q0…Q7，也就是reset0…reset3的“0”被作為復(fù)位信號(hào)通過后端中央處理電路-J7插座經(jīng)波形形成電路-J5…J8插座送到波形形成電路-U1-134及“DSP-2裝置”、“DSP-3裝置”、和“DSP-4裝置”中的相應(yīng)管腳(后面將不在累述這個(gè)過程)，并使它們復(fù)位。
●經(jīng)過有效復(fù)位時(shí)間后，引導(dǎo)將開始；●后端中央處理電路-U16向2000H地址單元寫20H，后端中央處理電路-U5-15被置1，這個(gè)動(dòng)作關(guān)閉了從后端中央處理電路-J10-1送到后端中央處理電路-U3-8的工作時(shí)鐘，這時(shí)后端中央處理電路-U3的全部輸出腳為“1”。
●后端中央處理電路-U16向2000H地址單元連著寫70H，60H，使后端中央處理電路-U5-12產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，引起后端中央處理電路-U3一次循環(huán)，結(jié)果是后端中央處理電路-U3-3或select0為“0”，這個(gè)“0”被送到波形形成電路-U5-1，19，波形形成電路-U6-1，19，波形形成電路-U13-19，這3個(gè)器件被選通，也就是說波形形成電路-U1從后端中央處理電路-U1(FLASH存儲(chǔ)器)讀取程序的通道己打開。
●后端中央處理電路-U16向2000H地址單元寫61H，使后端中央處理電路-U5-2或reset0置“1”，波形形成電路-U1復(fù)位結(jié)束，引導(dǎo)過程開始，波形形成電路-U1從后端中央處理電路-U1中讀取程序裝載到片上RAM。
●在經(jīng)過足夠的預(yù)置引導(dǎo)時(shí)間后，波形形成電路-U1的引導(dǎo)完成，后端中央處理電路-U16向2000H地址單元連著寫71H、61H、63H，這一套連續(xù)動(dòng)作啟動(dòng)波形形成電路-“DSP-2裝置”的引導(dǎo)過程。
●在經(jīng)過足夠的預(yù)置引導(dǎo)時(shí)間后，波形形成電路-“DSP-2裝置”的引導(dǎo)完成，后端中央處理電路-U16向2000H地址單元連著寫73H、63H、67H，這一套連續(xù)動(dòng)作啟動(dòng)波形形成電路-“DSP-3裝置”的引導(dǎo)過程。
●在經(jīng)過足夠的預(yù)置引導(dǎo)時(shí)間后，波形形成電路-“DSP-3裝置”的引導(dǎo)完成，后端中央處理電路-U16向2000H地址單元連著寫77H、67H、6FH，這一套連續(xù)動(dòng)作啟動(dòng)波形形成電路-“DSP-4裝置”的引導(dǎo)過程。
●在經(jīng)過足夠的預(yù)置引導(dǎo)時(shí)間后，波形形成電路-“DSP-4裝置”的引導(dǎo)完成，后端中央處理電路-U16向2000H地址單元寫4FH，從后端中央處理電路-J10-1到后端中央處理電路-U3-8的同步工作時(shí)鐘通道被打開，至此引導(dǎo)過程全部結(jié)束，4片DSP進(jìn)入同步工作狀態(tài)。
后端中央處理電路-U1中的128K空間被分成8段，每一段再分為4節(jié)，分別預(yù)先存儲(chǔ)著4片DSP的工作程序，由后端中央處理電路-U16-6，7，8這3個(gè)腳的電平?jīng)Q定那一段的程序被引導(dǎo)，至于那一節(jié)程序被引導(dǎo)是由后端中央處理電路-U3-4，5，6所決定的。
3、前后端分置的抗干擾遠(yuǎn)距離連接技術(shù)目前的電子鋼琴完全是一體的，尚未見有分置(或分體)方式，本設(shè)計(jì)采用的是在前后端分置技術(shù)，即鍵盤平臺(tái)部分為前端，波形形成部分為后端，兩者可相距不小于200米，這種結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是－－適合大場地演出和音樂教室的M+N模式(比如32+2－－32個(gè)鍵盤平臺(tái)+2個(gè)獨(dú)立的雙聲道音頻輸出，可有32名學(xué)生練習(xí)指法但同時(shí)最多只允許其中的任意2個(gè)鍵盤平臺(tái)的演奏發(fā)出聲音)。為了解決遠(yuǎn)距離連接帶來的干擾問題，本設(shè)計(jì)在前后端中央處理電路的串口之間加了一只光電耦合器，這種非電連接的方式既解決了遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳遞又消除了多種噪聲的生成條件，圖4給出了電路連接原理圖。圖中的前端中央處理電路和后端中央處理電路分別用框圖代替了幾乎全部電路，首先這是因?yàn)榍懊嬉延姓f明或詳細(xì)敘述，另外這些電路與前后端分置的抗干擾遠(yuǎn)距離連接技術(shù)毫無關(guān)系。下面僅就有關(guān)的電路故詳細(xì)介紹前端中央處理電路U1為單片機(jī)90S4414，它的1…8、9、12、13、16、17、19、30和P0、P2口全部接到“FLASH、RAM及緩沖電路時(shí)鐘、顯示、數(shù)據(jù)輸入及空制電路”，電阻R50通過線路L1接到后端中央處理電路的U28-2，U1-11通過線路L2連接到后端中央處理電路的U16-3后端中央處理電路
U16為單片機(jī)90S4414，它的1、2、4、6、7、8、9、12、16、19、30和P0、P2口全部接到“FLASH、RAM及緩沖電路DSP同步引導(dǎo)及控制電路”，U28是光電耦合器6N137，其2、3腳分別接線路L1、L2，7、8腳接VCC，5腳接地，6腳接上拉電阻R1同時(shí)接到U16-10，電容C6跨接在5、8腳之間。
工作過程當(dāng)U1-11的電平發(fā)生變化，通過線路L1、L2和6N137到達(dá)U16-10時(shí)，是一個(gè)完全相同變化的電平，前端的串行數(shù)據(jù)如此被傳遞到后端。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字鋼琴，包括中央處理電路，波形形成電路，輸出處理電路，其特征在于其電路由獨(dú)立的前端和后端組成，它們之間通過兩條連線L1、L2相連；前端為鍵盤平臺(tái)，包括光電管電路、光電數(shù)據(jù)處理電路和前端中央處理電路；后端為波形形成平臺(tái)，包括后端中央處理電路、波形形成電路和輸出處理電路；前端中央處理電路中U1為單片機(jī)90S4414，它的1…8、9、12、13、16、17、19、30和P0、P2口全部接到FLASH、RAM及緩沖電路時(shí)鐘、顯示、數(shù)據(jù)輸入及控制電路，電阻R50通過線路L1接到后端中央處理電路的U28-2，U1-11通過線路L2連接到后端中央處理電路的U16-3；后端中央處理電路中U16為單片機(jī)90S4414，它的1、2、4、6、7、8、9、12、16、19、30和P0、P2口全部接到FLASH、RAM及緩沖電路DSP同步引導(dǎo)及控制電路；U28是光電耦合器6N137，其2、3腳分別接線路L1、L2，7、8腳接VCC，5腳接地，6腳接上拉電阻R1同時(shí)接到U16-10，電容C6跨接在5、8腳之間；前端還設(shè)置有可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字鋼琴，其特征在于前端中央處理電路通過8條數(shù)據(jù)線D0…D7和16條控制線C0…C15與光電管電路相連，光電數(shù)據(jù)處理電路是由晶振和多片單片機(jī)89C51與緩沖器74LS244組成，它通過178條數(shù)據(jù)線IR0…IR177和光電管電路相連；后端中央處理電路通過8條數(shù)據(jù)線D0…D7、16條地址線A_2…A13和8條控制線R0…R3、S0…S3與波形形成電路相連，波形形成電路通過串行線路DX0、DX1連接輸出處理電路，F(xiàn)SX0和FSX1是這2個(gè)電路之間的串行同步幀連線；后端中央處理電路和波形形成電路的串行時(shí)鐘與同步時(shí)鐘來自輸出處理電路，線路SC8、SC64傳遞這2個(gè)時(shí)鐘；后端中央處理電路和輸出處理電路之間僅有一條控制線MU。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字鋼琴，其特征在于波形形成電路由4部分組成－－DSP-1裝置…DSP-4裝置，每個(gè)DSP裝置包括U1 TMS320C32 DSP數(shù)字信號(hào)處理器；01 40MHz 晶體振蕩器；U1374LS2458雙向總線收發(fā)器；U5、U6 7SLS244 8緩沖器；它們之間的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)總線ED0…ED7分別接到U1的D端和U13的A端；數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U13的B端、DSP-2裝置、DSP-3裝置、DSP-4裝置和J9插座；地址總線E_2、E_1、E0…E13分別接到U1的STRB0-B2/A_2、STRB0_B3/A_1、A0…A13和U5、U6的1A、2A端；地址總線A_2、A_1、A0…A13分別接到U5、U6的1Y、2Y端、DSP-2裝置、DSP-3裝置、DSP-4裝置和J10、J11；J5-1接U1-134；J5-2、U5-1、19，U6-1、19和U13-19互連；U1-1、3、4、5、6、7接到串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置，DSP-2裝置、DSP-3裝置和DSP-4裝置中相應(yīng)芯片的1、3、4、5、6、7腳也接到串行數(shù)據(jù)交換及輸出電路裝置；U1-9同時(shí)接到上拉電阻R1和J1-1；U1-10、11、13、14、17、18、108接到測試電路；U1-20接上拉電阻R9；U1-113接到晶振O1-3；U1-115接上拉電阻R2；U1-141、142、143接上拉電阻R13；U1-117、133、140接地；J1-2，J5-3，J9-9、10，J10-9、10，J11-9、10和O1-2均接地；O1-4接VCC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字鋼琴，其特征在于后端中央處理電路包括U1 29010 128K FLASH存儲(chǔ)器；U2 62256 32K RAM；U3 74LS164 8位移位寄存器；U5 74LS377 8D觸發(fā)器；U9 74LS00 與非門；U14 74LS138 3-8譯碼器；U16 90S4414 AVR單片機(jī)；它們之間的連接關(guān)系為數(shù)據(jù)總線DI0…DI7分別接到U16的P0口、U5的D輸入端和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；數(shù)據(jù)總線D0…D7分別接到U1的D端、U2的D端、J3插座和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；地址總線AI8…AI15分別接到U16的P2口、U14的ABC輸入端和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；地址總線AH12…AH16分別接到U16的6、7、8，U9的3、6和U1的A12…A16；地址總線A0…A13分別接到U1的A0…A11，U2的A2…A14，U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置和J1、J2插座；地址總線A_2，A_1分別接到U2的A0、A1，U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置和J1插座的1、2；復(fù)位總線reset0…reset3接到U5的輸出Q0…Q3和J7插座；選擇總線select0…select3接到U3的輸出Q0…Q3、U4-4、3、2、1，U9-1、2、4、5和J8插座；U1-31接VCC；U3-Q4…Q7分別接到U4-5、6、11和U13-5、4、2、1；U3-9接VCC；U4-8與U3-1、2相連；U5-12接U17-2；U5-15、U17-5、U2-20和U9-9、10互連；U5-16接U4-12；U9-8接U1-22、24；U13-6接到U13-9、10、12、13；U14-4、5接地，6接VCC；U14-13接到U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；U14-14與U5-1互連；U16-1、2、4、9、19接到U16輔助電路；U16-10接到串口光電轉(zhuǎn)換電路；U16-12、U13-8、U9-12、13和U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置互連；U16-16、U5-11、U2-27互連；U16-30接到U16外部數(shù)據(jù)地址總線緩沖和控制裝置；U17-1接U3-8；U17-4、3互連；U17-6接J10-1；J1-9、10，J2-9、10，J3-9、10，J7-5，J8-5，J10-2均接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字鋼琴，其特征在于可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)包括一琴底板4，琴底板4上緊固有四個(gè)對(duì)稱的光電管托架5，每個(gè)光電管托架5上有上下兩個(gè)孔，上排各孔同心并且下排各孔也同心，其中中間兩個(gè)光電管托架5之間固定有減震膠墊7，減震膠墊7的上方為固定在琴鍵底部的遮光片8，上下二只光電接收管1和上下二只光電發(fā)射管2分別固定在兩個(gè)相對(duì)的印制電路板3上并且分別位于外側(cè)兩個(gè)光電管托架5的上下兩個(gè)孔內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種一種數(shù)字鋼琴,包括中央處理電路,波形形成電路,輸出處理電路,其特征在于:其電路由獨(dú)立的前端和后端組成,它們之間通過兩條連線L1、L2相連;前端為鍵盤平臺(tái),包括光電管電路、光電數(shù)據(jù)處理電路和前端中央處理電路;后端為波形形成平臺(tái),包括后端中央處理電路、波形形成電路和輸出處理電路;前端還設(shè)置有可產(chǎn)生力度效果的光電對(duì)管結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型具有較好的演奏效果,采用光電管來替代導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)開關(guān),避免了在潮濕環(huán)境、觸點(diǎn)磨損、逐漸不清潔和導(dǎo)電橡膠老化的情況下所帶來的接觸不良或誤動(dòng)作;此外還可以遠(yuǎn)距離連接。
文檔編號(hào)G10H1/34GK2433704SQ0024633
公開日2001年6月6日 申請日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月11日
發(fā)明者郭先 申請人:郭先