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【摘要】对射式光电传感器发出的射线经手遮挡后，传感器会发出低电平，此信号送人单片机，单片机经程序控制发出一定频率的电信号，此信号再经放大电路发出吉他声音，本文介绍基于此原理设计制作无弦吉他的过程。
【关键词】光电传感器；无弦吉他；单片机
1.引言
现在市场上流行吉他有木吉他与电吉他，木吉他发声原理是靠琴弦产生共振，振动波再与共鸣箱作用发出声音；电吉他弦震动，经过磁生电，电信号放大，再经发声电路发出声音；近几年，随着音乐的发展，人们对音乐的要求也越来越高，传统的发声设备已无法满足人们的听觉感受。故设计一种无弦吉也就是没有琴弦的吉他，此吉他完全是通过传感器产生高低电平来激励内置单片机，单片机产生的信号通过放大电路给扬声器，从而发出声音。声音的音量可以自行控制，音域寬，和声丰富，甚至可以奏出常规乐器无法演奏的声音（如合唱声，风雨声），这完全取决于单片机源程序中音色的频率。本制作可用于科普演示，也可以作为儿童的玩具，增加人们的兴趣，具有制作简单、成本低廉等优点。
2.硬件电路设计
2.1 信号采集电路
信号采集电路包括对射式光电传感器、单片机、74ls30、74ls04。光电传感器主要组成部分是光敏电阻，其阻值随光照度变化而变化[1]，信号线输出的电压值也随之改变，经测量可知，无障碍阻挡射线时传感器信号线输出4.5v左右的电压，射线被阻挡时电压为0.5v左右，传感器接收端正极和信号线间连接1k的电阻，起到限流作用，信号线直接连单片机I/O口，CMOS单片机电平临界值为VIHmin=3.5v，VILmax=1.5v[2]，输入电压高于3.5v时为高电平，低于1.5v时为低电平，因此当射线被阻挡时对应的I/O口输入为低电平，否则为高电平，这样当手挡住射线时I/O口由高电平变为低电平，实现信号的采集；6个传感器的信号线分别与P2.0～P2.5六个I/O口相连，传感器发出的射线对应吉他的六根弦，接收端与发射端交错排列以防止相邻射线干扰（见图1）；信号线另接74ls30八输入与非门，再经74ls04非门和P3.2口相连，作有信号变化时的总判断（见图2，K1～K6接信号线）。
2.2 发声系统电路
发声采用电动式的扬声器，其发声原理是通过交变电流信号的线圈在磁场中运动，使与音圈相连的振膜振动，从而牵扯连纸盒振动，再通过空气介质将声波传送出去[3]；因此经单片机输送给扬声器一定频率的高低电平即可发出此频率的声音。由于扬声器需要较大的驱动电流，可接入ULN2803功率放大芯片，其输出最大电流为500MA，足以驱动扬声器发音（见图3）。
2.3 总电路图
本装置由信号产生模块，信号处理模块，信号放大模块，发声模块等组成；当手放在对射式传感器中间时，由于挡住了射线，传感器的接收端接收不到射线，使得接收端产生一个低电平信号给单片机。单片机接收低电平信号，并判断是哪个引脚接收了低电平，从而产生一个相应频率的声音信号通过信号放大模块再转变为人耳能听到的声音。P1.7口接按键用于控制高低音输出，按下时为低频，否则为高频。总电路图如图4所示。
3.软件设计
程序要实现的功能是对信号的采集，根据不同的信号发出不同频率的电波，此频率与扬声器发出的声波频率相等，利用单片机的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数初值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523HZ，其周期T=1/523=1912us，因此只要计数器计时956us/1us=956次，每计数956次时将I/O反相，就可得到中频DO（523HZ），计数初值T=65536-956=64580[4]。程序流程见图5。
4.结语
依据上述方法我们制作出了如引言所述的无弦吉他，通过手指的灵活控制可以演奏出简单的曲子。在此法的基础上我们也探索了用语音芯片控制发声，发出了较复杂的声音，收到良好的效果。
参考文献
[1]王庆有.光电传感器应用技术[M].机械工业出版社， 2007：49.
[2]天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2012：13.
[3]（美）约翰·尔格.扬声器与音响设计手册[M].福建科学技术出版社，2008：174-176.
[4]张齐，朱宁西，毕盛.单片机原理与嵌入式系统设计[M].电子工业出版社，2012：45-46.
作者简介：李陈伟（1990—），男，现就读于南昌航空大学测试与光电工程学院，主修测控技术与仪器。
【关键词】光电传感器；无弦吉他；单片机
1.引言
现在市场上流行吉他有木吉他与电吉他，木吉他发声原理是靠琴弦产生共振，振动波再与共鸣箱作用发出声音；电吉他弦震动，经过磁生电，电信号放大，再经发声电路发出声音；近几年，随着音乐的发展，人们对音乐的要求也越来越高，传统的发声设备已无法满足人们的听觉感受。故设计一种无弦吉也就是没有琴弦的吉他，此吉他完全是通过传感器产生高低电平来激励内置单片机，单片机产生的信号通过放大电路给扬声器，从而发出声音。声音的音量可以自行控制，音域寬，和声丰富，甚至可以奏出常规乐器无法演奏的声音（如合唱声，风雨声），这完全取决于单片机源程序中音色的频率。本制作可用于科普演示，也可以作为儿童的玩具，增加人们的兴趣，具有制作简单、成本低廉等优点。
2.硬件电路设计
2.1 信号采集电路
信号采集电路包括对射式光电传感器、单片机、74ls30、74ls04。光电传感器主要组成部分是光敏电阻，其阻值随光照度变化而变化[1]，信号线输出的电压值也随之改变，经测量可知，无障碍阻挡射线时传感器信号线输出4.5v左右的电压，射线被阻挡时电压为0.5v左右，传感器接收端正极和信号线间连接1k的电阻，起到限流作用，信号线直接连单片机I/O口，CMOS单片机电平临界值为VIHmin=3.5v，VILmax=1.5v[2]，输入电压高于3.5v时为高电平，低于1.5v时为低电平，因此当射线被阻挡时对应的I/O口输入为低电平，否则为高电平，这样当手挡住射线时I/O口由高电平变为低电平，实现信号的采集；6个传感器的信号线分别与P2.0～P2.5六个I/O口相连，传感器发出的射线对应吉他的六根弦，接收端与发射端交错排列以防止相邻射线干扰（见图1）；信号线另接74ls30八输入与非门，再经74ls04非门和P3.2口相连，作有信号变化时的总判断（见图2，K1～K6接信号线）。
2.2 发声系统电路
发声采用电动式的扬声器，其发声原理是通过交变电流信号的线圈在磁场中运动，使与音圈相连的振膜振动，从而牵扯连纸盒振动，再通过空气介质将声波传送出去[3]；因此经单片机输送给扬声器一定频率的高低电平即可发出此频率的声音。由于扬声器需要较大的驱动电流，可接入ULN2803功率放大芯片，其输出最大电流为500MA，足以驱动扬声器发音（见图3）。
2.3 总电路图
本装置由信号产生模块，信号处理模块，信号放大模块，发声模块等组成；当手放在对射式传感器中间时，由于挡住了射线，传感器的接收端接收不到射线，使得接收端产生一个低电平信号给单片机。单片机接收低电平信号，并判断是哪个引脚接收了低电平，从而产生一个相应频率的声音信号通过信号放大模块再转变为人耳能听到的声音。P1.7口接按键用于控制高低音输出，按下时为低频，否则为高频。总电路图如图4所示。
3.软件设计
程序要实现的功能是对信号的采集，根据不同的信号发出不同频率的电波，此频率与扬声器发出的声波频率相等，利用单片机的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数初值TH0及TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶，例如，频率为523HZ，其周期T=1/523=1912us，因此只要计数器计时956us/1us=956次，每计数956次时将I/O反相，就可得到中频DO（523HZ），计数初值T=65536-956=64580[4]。程序流程见图5。
4.结语
依据上述方法我们制作出了如引言所述的无弦吉他，通过手指的灵活控制可以演奏出简单的曲子。在此法的基础上我们也探索了用语音芯片控制发声，发出了较复杂的声音，收到良好的效果。
参考文献
[1]王庆有.光电传感器应用技术[M].机械工业出版社， 2007：49.
[2]天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2012：13.
[3]（美）约翰·尔格.扬声器与音响设计手册[M].福建科学技术出版社，2008：174-176.
[4]张齐，朱宁西，毕盛.单片机原理与嵌入式系统设计[M].电子工业出版社，2012：45-46.
作者简介：李陈伟（1990—），男，现就读于南昌航空大学测试与光电工程学院，主修测控技术与仪器。