可隨時修改播放內容和歌曲數量的單片機音樂播放器仿真設計

引言

播放音樂最簡單的方法就是采用專用音樂芯片，該方法的缺點是音樂芯片只能一次性燒錄，播放的內容不可變。而采用單片機播放音樂則能克服這一缺點，其播放的內容以及歌曲的數量都可以隨時修改。同時，使用軟件Proteus在產品開發(fā)的初期對設計進行仿真無疑是一種提高效率和降低成本的好辦法，但是仿真畢竟有一定的局限性，要實踐起來可能會碰到一些問題。為此，本文通過Proteus軟件對用AT89S52單片機播放音樂進行了仿真，指出了實際制作過程中需要注意的地方。

1 硬件電路設計

1．1 仿真軟件Proteus簡介

Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統，可仿真各種電路和IC，它支持單片機且元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)單片機軟件仿真系統。目前可支持的單片機類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。

1．2 電路設計

圖1所示是單片機音樂播放器的仿真原理圖。在Proteus仿真軟件中，按一下按鈕，蜂鷗器即可播放音樂。

事實上，按照圖1所示原理圖來焊接電路，其結果可能沒有任何效果。而圖2所示才是單片機音樂播放器的實際制作電路。與圖1相比，實

際電路多了兩個部分：一是單片機左邊最小系統所需的電路部分，而仿真軟件中則將這些省略了；另一個是單片機右邊多了一個三極管。之所以要加這個三極管，主要是為了放大蜂鳴器的驅動電流，而仿真軟件里面所有的元件都是理想元件，所以，仿真能實現的效果，實際做出來往往沒有效果。因此，要想在實際中實現滿意的效果還要憑借硬件經驗進行反復的摸索和嘗試。

2 軟件設計

2．1 播放原理

聲音的頻譜范圍通常約為幾十到幾千赫茲，通過程序控制單片機的I／O口可輸出不同頻率的矩形波。當該矩形波的頻率位于聲音頻譜范圍內時，在單片機的I／O口接上喇叭就能發(fā)出聲音。然后利用延時程序控制矩形波的高、低電平持續(xù)時間，即改變矩形波的頻率，即可產生不同的音調，從而發(fā)出不同的聲音，再讓矩形波輸出的長短對應節(jié)拍，就可以實現單片機對音樂的演奏。

2．2 音調和節(jié)拍編碼

單片機奏樂只需弄清楚兩個概念，也就是“音調”和“節(jié)拍”。音調表示一個音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。

由于各個音調對應的頻率是已知的，因此，播放音樂時，應對樂曲中出現的音調進行編碼，并找出單片機播放這些音調所對應的定時初值。表1所列是音調編碼與定時器的初值表，其中頻率是已知的，編碼可以自己設置，而定時初值是怎樣得來的呢？下面以“低6”為例進行說明?！暗?”的頻率f為440 Hz，其對應的周期為：T=1／f=1／440=272μs。單片機上對應蜂鳴器的I／O口來回取反的時間應為：t=T／2=2272／2=1136μs。單片機奏樂時，其定時器為工作方式1，若以振蕩器的十二分頻信號為計數脈沖，如果單片機晶振為12MHz，則1μs計數一次。所以，對于“低6”，其定時器的初值應該是：216-1136=64400。

對節(jié)拍的控制可通過延時程序來實現。表2所列是節(jié)拍編碼表。若以1拍的時長為400ms為例，1／2拍的時長為200ms，1／4拍的時長為100ms。首先，這樣，確定一個基本時長的延時程序，比如以100ms為基本延時時間，那么，1／4拍可以調用一次延時程序，1／2拍需調用二次延時程序，1拍需調用四次延時程序，依次類推。

2．3 編程

音調和節(jié)拍都進行過編碼后，那么，一首樂曲就可以用若干個8位的簡碼表示。比如“生日快樂歌”的第一個簡碼是“82H”，由表1可知，其高四位“8”表示音調“中5”，對應的頻率是784Hz，對應的定時器初值是64898；另由表2可知，其低四位“2”表示節(jié)拍為“2／4拍”。這樣，任意一首樂曲的簡碼都可以通過樂譜提取軟件獲得，而得到簡碼后，就可以編程了。圖3所示是單片機播放音樂的程序流程圖，本文使用的是定時器0，音調的高低由定時器來控制P3．7并按一定頻率取反實現，節(jié)拍的長短由延時程序控制。流程圖中的“TABLE”是由表1中的定時初值組成的。

3 結束語

本文通過Proteus ISIS對單片機音樂播放器進行了仿真，并在仿真的基礎上制作了一個音樂播放器實物，其音樂播放的效果很好。作者通過仿真與制作，對這兩者進行了比較與總結，并給出了兩種電路圖及程序流程圖，希望能成為讀者的參考。