专利名称：具有指导系统的电脑电子琴的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子乐器，尤其涉及具有指导系统的电脑电子琴。
电子琴是借助于电子技术制作的新型乐器，由于它使用电子振荡器及各种电路作为发声手段，因此，它不仅能模拟各种乐器的音色和自然界中的某些音响，而且许多电子琴带有和弦与节奏的自动伴奏以及各种特殊音响效果的装置。作为新型乐器，电子琴具有音调准确、音域宽广、音色丰富及音响多变的优点，因而，它一出现，就引起了广大音乐爱好者的极大兴趣。
近年来发展起来的电脑电子琴，由于使用微机控制，因而赋予电子琴以更强的功能，例如某些电子琴(如卡西欧CT-810和雅马哈PC-1000等)具有“自动演奏”功能及“旋律指导系统”，以便于使用者学习乐曲的演奏。
“自动演奏”功能是电子琴自动演奏ROM中已有乐曲或自动演奏使用者用电子琴记忆装置贮存的乐曲。“旋律指导系统”是指导使用者模仿演奏ROM中的旋律，它是通过键盘上方的一排指示灯的显示来进行的，演奏者可根据指示灯闪亮的次序来分别演奏这些音符。
但现有的电子琴的自动演奏和指导系统的功能不够完善，存在下述不足首先，许多弹奏曲由上、下谱(这里上谱定义为右手弹奏五线谱，下谱定义为左手弹奏五线谱)组成，而现有的指导系统没有上、下谱分别指导功能，初学者同时接受上、下谱的指导进行弹奏困难较大。
其次，现有指导系统对琴键有指示灯指导，但对功能键如音色、节奏、和弦、颤音等无指示灯指导。对初学者来说，完美地演奏一首曲子，功能键的指导也是需要的。
又，现有电子琴大多没有变调功能，初学者在没有掌握变调技术时，弹奏简谱，遇到不是C大调的曲子就会有困难。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以选择上谱和/或下谱指导的电子琴。
本发明的另一个目的是提供一种对所有按键均进行指导的电子琴。
本发明的又一个目的是提供一种有变调功能的电子琴。
本发明的目的通过下述方式实现按照本发明的电子琴包括音源产生装置，节拍时间间隔产生装置，按键输入装置，显示装置和控制装置。所述的控制装置中包括上/下谱指导控制装置和变调控制装置，在显示装置中包括指示琴键和功能键的指示灯。
在所述上/下谱指导控制装置中乐曲数据分上、下谱分别存贮并分别进行相应处理，此外每个琴键及功能键都以相应编码存贮，从而能按照乐曲上/下谱分别进行指导。在所述变调控制装置中以C大调为基础，其它调加上相应变调系数从而实现变调功能。
根据本发明，由于能选择上谱或下谱进行指导，而同时使下谱或上谱形成背景音乐，因而使演奏者学习时更为方便。
由于每个琴键和功能键都有指示，在自动演奏乐曲时，在演奏的同时能显示乐曲的演奏过程，在需要指导演奏曲子时，能提示演奏者操作包括功能键的各键，因而指导作用更为完备。
由于有变调功能，该电子琴使用更为简便。
图1 是本发明一个实施例的系统框图。
图2 是图1所示的按键输入装置的电路图。
图3 是图1所示的显示装置的电路图。
图4 是本发明所述电子琴的面板示意图。
图5-图9 是图1所示控制装置中的上/下谱指导控制装置、自动演奏控制装置和常规演奏控制装置的工作流程图。
图10A和图10B是图1所示控制装置中的变调控制装置的工作流程图。
下面参照附图叙述本发明的一个实施例，本发明的种种优点和效果通过叙述将会更加清楚，但它不限定本发明的范围。
参见图1，电子琴包括控制装置1，节拍时间间隔产生装置8，按键输入装置9，显示装置10，音源产生装置11，滤波器单元12，打击乐产生装置13，功放单元14和杨声器15。
控制装置1控制电子琴的工作过程，其硬件组成包括中央处理单元(CPU)3，ROM4，RAM5和接口电路单元6。中央处理单元可采用单片微机如8031、8035。也可采用通用CPU芯片如Z-80。ROM4存放电子琴的控制程序以及示范曲上、下谱数据，可采用各种通用的片子，其存贮量根据需要设定，例如采用32K×8的容量，通过更换示范曲ROM卡，可更换示范曲。RAM5用于存放电子琴的各种状态信息，也采用通用芯片，存贮容量例如为8K×8。接口电路单元用于控制装置1与其它装置的联结，它可采用例如8255等通用接口芯片。控制装置1包括上/下谱指导控制装置、变调控制装置、自动演奏控制装置和常规演奏控制装置(均未图示)，其工作过程将在下面详述。
节拍时间间隔产生装置8用于调节节拍的快慢或自动演奏的速度，例如由RC振荡器组成，调节其中的R阻值即可调节节拍，该节拍脉冲引起CPU3的中断。按键输入装置9输入琴键和功能键的状态，该状态“读”入控制装置1，按键最好全部采用导电橡胶触点。显示装置10用例如发光二极管来指示电子琴的琴键和功能键，用于指导演奏者的演奏。音源产生装置11产生模拟乐器声音的信号，它可以采用例如M112、M114等专用音源发生芯片。滤波器单元12由常规的高、低通滤波器或带通滤波器组成以改善模拟乐器声音的音质。打击乐产生装置13产生低音鼓、高音鼓、钗等音响效果的信号。滤波器单元12及打击乐产生装置13的输出经功放单元14放大后由杨声器15发音。当按键输入装置9的某一键被按时，该键的状态通过接口电路单元6被“读入”控制装置1，由控制装置1根据该按键所表示的音符和功能控制音源产生装置11和根据节拍时间间隔产生装置8、ROM4中节奏的按排，控制打击乐产生装置，该两装置产生的音频信号由功放单元14放大后经杨声器15发声。
参见图2，图2给出了图1所示的按键输入装置9的一个电路组成的例子，图中，O1-O23是接口电路单元6的通用接口芯片的输出线，P0-P5是其输入线，B1-B61为琴键，其余为功能键，在扫描键盘时，通用接口芯片的输出线轮流为低电平，若有某键被按，则与该键相连的通用接口芯片的输入线输入“0”，由此把按键状态“读入”控制装置1。
参见图3，图3给出了图1所示的显示装置10的一个电路组成的例子，图中，O′o-O14′，P′o-P5′为通用接口芯片的输出线，若需要第Fij灯亮以指示某一琴键或功能键时，则第Oi′线输出低电平(其余输出线均为高电平)，第Pj′线为高电平(其余为低电平)，因而发光二极管指示灯Fij点亮。
上述图2，图3所示电路是该技术领域中熟知的现有技术，显然，可以容易地作出种种电路变化以完成相同的功能。图2、图3中所示的键及指示灯配置请参见图4。
参见图4，图4是根据本发明的电子琴的面板示意图。图中，15是杨声器;B1-B61是琴键;C1-C61是指示相应琴键的发光二极管指示灯;D1是节奏快慢调节电位器(细调)，D2是节奏快慢粗调节电位器，D1、D2设置在节奏时间间隔产生装置8中;D3是总音量调节电位器，它设置在功放单元14中;D4是节奏音量调节电位器，设置在打击乐产生装置中;D5是和弦音量调节电位器，设置在音源产生装置11中;E1是选择正常弹奏按钮，E2是选择指控和弦按钮，E3是选择单指和弦按钮;F0是自动演奏示范曲按钮;F1是指导弹奏按钮，按下该按钮，则电子琴根据示范曲依次使相应琴键及功能键的指示灯点亮，从而指导演奏者弹奏;F2是自动演奏自录曲按钮;F3是自录按钮;F4是指导下谱按钮，按下该按钮，则电子琴仅以指示灯指导演奏者弹奏下谱，而上谱自动演奏形成背景音乐;F5是指导上谱按钮，按下该按钮，则电子琴以指示灯指导演奏者弹奏上谱乐曲，而下谱自动演奏形成背景音乐;F6是变调按钮，用于进行变调演奏，当例如按琴键“D”键，再按变调按钮F6，则按C调键即可演奏D调曲子，在卡拉OK等场合特别实用;G0是节奏开关按钮;G1是节奏同步开关按钮;G2是颤音开关按钮;G3是延时颤音按钮;G4是余音按钮;G5是琶音选择按钮，G6是插入按钮，用于插入鼓声;H1-H4是四种贝司伴奏选择按钮;I1-I4是四种和弦伴奏选择按钮;J1-J4是四种琶音伴奏选择按钮;K1-K16是十六种节奏选择按钮;L1-L16是十六种音色选择按钮。M1-M46是分别指示上述各功能键的LED显示器，这些C1-C61及M1-M46的LED显示器通过例如示于图3的电路由控制装置1控制其点亮，以指导演奏者弹奏乐曲。
为了在RAM中贮存键的状态，各键必须编码，下面给出按键及延时的一种编码例子(1)琴键按下的编码
N1＝001 第一八度音程 N2＝0000 C音N1＝010 第二八度音程 N2＝0001 C＃音N1＝011 第三八度音程 N2＝0010 D音N1＝100 第四八度音程 N2＝0011 D＃音N1＝101 第五八度音程 N2＝0100 E音N1＝011 第六八度音程 N2＝1011 B音(2)琴键释放的编码bit7＝0，其余7位任意。
(3)延时时间的编码
P＝0001 二分音符的时间P＝0010 四分音符的时间P＝0011 八分音符的时间P＝0100 十六分音符的时间P＝0101 三十二分音符的时间(4)音色选择编码第一字节1F第二字节高四位任意N2＝0000 音色1
N2＝0001 音色2
N2＝1111 音色16(5)节奏选择编码第一字节2F第二字节高四位任意。
N2＝0000 节奏1N2＝0001 节奏2
N2＝1111 节奏16(6)功能、伴奏选择编码第一字节OF第二字节bit7“0”为节奏关，“1”为节奏开bit6“0”为同步关，“1”为同步开低4位0001正常弹奏0010指控和弦0100单指和弦第三字节bit7“0”为延时颤音关，“1”为延时颤音开。
bit6“0”为颤音关，“1”为颤音开低4位0001贝司10010贝司20100贝司3
1000贝司4第四字节bit6“0”为余音关，“1”为余音开低四位0001和弦10010和弦20100和弦31000和弦4第五字节bit7“0”为琶音关，“1”为琶音开bit6“0”为插入关，“1”为插入开低四位0001琶音10010琶音20100琶音31000琶音4(7)结束标志7F虽然上述例子是对于八位CPU而给出的，但显然对于其它字长的CPU同样可以设定相应的编码，同样明显的是，这种编码可以有各种变换方式。
应该注意，给出的编码例子中，琴键、功能键编码和延时编码是相互独立的，而不像许多电脑电子琴中把发音与延时同时编码在一起，本发明的这一特点使它在实施电子琴演奏功能的工作流程时有更大的灵活性且能节省存贮器的容量。
下面参照图5-图10说明示于图1的控制装置中上/下谱指导控制装置、自动演奏控制装置、常规演奏控制装置及变调控制装置的工作流程。
参见图5，图5是初始化流程，在步骤31由接通电源启动，步骤33进行初始化处理，如设置堆栈，清RAM，接口芯片初始化等，然后流程进至35，在步骤35显示装置10显示缓冲区的数据，流程进至37，在步骤37判断是否有节拍时间间隔脉冲所引起的中断，如有中断申请则流程进至中断服务流程，如没有中断申请则流程返回步骤35。
参见图6，图6是中断服务流程的选曲处理流程，当在图5的步骤37判断有中断申请时，流程进入41，在步骤41扫描功能键然后流程进至步骤43，在步骤43判断是否按指导弹奏按钮F1或F0，即是否要求示范曲指导功能，如果是，则在步骤45判定是否需选曲，如果操作刚开始，即尚没选示范曲，则流程进至48，在步骤48通过扫描琴键确定所选曲子(见后述，选曲是通过按F0或F1键后再按与所述曲目相应的琴键来确定的)，设置上、下谱的存贮器地址指针，然后在步骤49中断返回，如果在步骤45确定已选曲，则流程进至图7的下谱处理流程。当在步骤43判定不是示范曲指导功能时，则流程进至47，在步骤47作其它功能处理，例如，常规弹奏及变调控制，然后流程经步骤49返回。常规弹奏见图9，变调控制请参见图10。
参见图7，图7是中断服务流程的下谱处理流程，在步骤51判断延时处理标志是否建立，即是否取出过延时数据编码，如没有则在步骤53，根据地址指针(1)取下谱数据，然后在步骤55判别取出的下谱数据是否是延时编码，判定结果是延时编码则流程进至步骤57，在该步骤取出的延时常数送时间计数器(1)，然后在步骤59建立延时处理标志(1)，如果，在步骤51就判别已建立延时处理标志(1)或在步骤59建立了延时处理标志(1)则流程进入61，在步骤61时间计数器(1)减1，然后在步骤63判别该时间计数器(1)是否为零，即延时常数是否已执行完成，如时间计数器(1)不等于零则流程进入上谱处理流程，否则，若时间计数器(1)等于零，则流程经步骤64清除延时处理标志再进入上谱处理流程。在步骤55如判定取出数据不是延时编码，则在步骤65判定是否是功能、节奏、音色编码，如果是，则在步骤67作功能、节奏、音色编码处理，即，实现相应功能且改变显示缓冲区数据，用于在中断返回后显示。然后流程进到步骤69，修改地址指针(1)，返回步骤53重新取下谱数据。如果在步骤65判定不是功能、节奏、音色编码，则在步骤71判定是否琴键编码，如果不是琴键编码，则说明取出的下谱数据既不是延时编码、功能键编码又不是琴键编码则必定是该示范曲已结束，故流程进至步骤73，结束编码处理，把乐曲首地址送地址指针(1)，流程返回步骤53重新循环指导。如果在步骤71判定是琴键编码，则流程进至75，在步骤75判定是否需显示下谱琴键，即判定F4键是否按下，如果需要显示下谱琴键，则在步骤77把与该琴键相应的显示数据送入显示缓冲器，然后在步骤79修改地址指针(1)流程返回53，若不需显示下谱琴键，则流程在步骤78作发音处理，即控制音源产生11产生相应音频信号，然后流程经步骤79返回步骤53。
参见图8，图8是中断服务流程的上谱处理流程，它与图7所示流程基本相同，不同之处仅在于少了图7所示流程中的65、67、69三个步骤，这是由于功能、节奏、音色已在下谱处理中完成。由于示于图8的流程其余均与图7的流程相同，故不再复述。流程自步骤94进入弹奏处理流程。
本实施例中虽然先进行下谱处理再进行上谱处理，但显然反之也可以达到同样的功能。
参见图9，图9是中断服务流程的弹奏处理流程，在步骤105，琴键扫描，产生琴键编码，然后流程进至107，在步骤107判别是否需伴奏和弦处理，如果需要则在步骤109进行伴奏和弦数据处理，然后流程进至步骤111，如果在步骤107判别不需伴奏和弦处理则流程直接进至步骤111，在步骤111，选择发音通道，将琴键码送入发音缓冲区;然后在步骤113，将发音缓冲区数据送入音源产生装置11，流程在步骤115中断返回。
图10A、10B是控制装置中的变调控制装置的工作流程图。
本发明的电子琴其变调原理是令C大调的相对变调系数为0，设C＃调的相对变调系数为+1……G大调的相对变调系数为+7，将简谱C大调键码加上相对变调系数就得到发音和存贮的琴键码，相加时，采用十二进制的补码，对于低于最低琴键的发音琴键码在处理时上升一个八度音，对于高于最高琴键的发音琴键码，在处理时下降一个八度音。
参见图10A，它是变调控制装置的中断服务流程，在步骤120扫描琴键，在步骤122，在RAM中存放按下键的键码，然后在步骤124判定变调键F6是否按下，如按F6键，则在步骤128根据键码确定变调系数，否则，在步骤126使变调系数为零，在确定变调系数后流程在步骤130中断返回。
图10B是变调控制装置发音处理流程，该流程设置在图9的步骤111和步骤113中。参见图10B，在步骤132，使发音的键码等于实际按琴的键码+变调常数，然后在步骤134，选择发音通道，将发音的键码送入发音缓冲区，流程然后进入步骤136，在该步骤，把发音缓冲区数据送入音源产生装置11。
根据本发明的电子琴其操作简述如下1.常规弹奏打开电源开关即可在选择音色、节奏等功能后然后弹奏。
2.变调演奏以升5个半音，即按C调发F调音为例。先打开电源开关，在琴键上按F键，再按变调键F6，然后释放F键即可进行变调弹奏。
3.自动演奏ROM示范曲
以选择第二首曲为例。先打开电源开关，按自动演奏示范曲按钮F0，然后按琴键的第二个键(B2键)(选曲)再释放该键，电子琴即自动演奏由B2键所选的第二首曲。
4.上、下谱同时指导弹奏ROM示范曲以选择第二首曲为例。先打开电源开关，按指导弹奏按钮F1，按琴键的第二键(B2键)然后释放该键，即可根据指示灯的指导弹奏。
5.上、下谱分别指导弹奏ROM示范曲以选择第三首曲，上谱指导弹奏而下谱自动演奏为例。先打开电源开关;按指导弹奏按钮F1，按琴键的第三个键(B3键)然后释放该键，此时F4、F5键自动打开;关指导下谱按键F4，即可根据指示灯的指导弹奏。
如上所述，根据本发明，提供了一种具有完善指导功能及变调功能的电子琴，它更适合于初学者的学习并在电子琴教育、训练中有广泛的应用。
权利要求
1.一种具有指导系统的电子琴，包括音源产生装置，节拍时间间隔产生装置，按键输入装置，显示装置和控制装置，其特征在于，所述的控制装置包括通过所述显示装置指导弹奏乐曲上谱或下谱，同时使乐曲下谱或上谱自动演奏以形成背景音乐的上/下谱指导控制装置。
2.如权利要求1所述的电子琴，其特征在于，所述控制装置还包括弹奏C大调而发出预选变调音的变调控制装置。
3.如权利要求1或2所述的电子琴，其特征在于，所述显示装置包括能指示琴键和各功能键的指示灯装置。
4.如权利要求1所述的电子琴，其特征在于，在所述控制装置中，琴键、功能键编码和延时编码是分别贮存的。
全文摘要
一种具有指导系统的电脑电子琴，其特征在于，可通过指示灯分别指导乐曲上谱或下谱弹奏，而同时使下谱或上谱乐曲自动演奏形成背景音乐；此外该电子琴对功能键也能进行指导且具备变调功能。是一种功能完备、结构简单的高档电子乐器，尤其适用于电子琴教育、训练中使用。
文档编号G10H1/00GK1061103SQ90108769
公开日1992年5月13日 申请日期1990年10月27日 优先权日1990年10月27日
发明者袁允伟 申请人:袁允伟