單片機音樂程序的設(shè)計原理解析

利用單片機（或單板機）奏樂大概是無線電愛好者感興趣的問題之一。本文從單片機的基本發(fā)間實驗出發(fā)，談?wù)勔魳烦绦虻脑O(shè)計原理，并給出具體實例，以供參考。

單片機的基本發(fā)音實驗

我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單處機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)。

例如，要產(chǎn)生200Hz的音頻信號，按圖1接入喇叭（若屬臨時實驗，也可將喇叭直接接在P1口線上），實驗程序為：

其中子程序DEL為延時子程序，當(dāng)R3為1時，延時時間約為20us，R3中存放延時常數(shù)，對200HZ音頻，其周期為1/200秒，即5ms。這樣，當(dāng)P1.4的高電平或低電平的持續(xù)時間為2.5ms，即R3的時間常數(shù)取2500/20=125（7DH）時，就能發(fā)出200HZ的音調(diào)。將上述程序鍵入學(xué)習(xí)機，并不斷修改R3的常數(shù)可以感到音調(diào)的變化。

樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，表1給出C調(diào)時各音符頻率及其相應(yīng)的時間常數(shù)。

讀者可以根據(jù)表1所提供的常數(shù)，將其16進(jìn)制代碼送入R3，反復(fù)練習(xí)體會。根據(jù)表1可以奏出音符。僅這還不夠，要準(zhǔn)確奏出一首曲子，必須準(zhǔn)確地控制樂曲節(jié)奏，即一音符的持續(xù)時間。

音符的節(jié)拍我們可以用定時器T0來控制，送入不同的初值，就可以產(chǎn)生不同的定時時間。便如某歌曲的節(jié)奏為每分鐘94拍，即一拍為0.64秒。其它節(jié)拍與時間的對應(yīng)關(guān)系見表2。

但時，由于T0的最大定時時間只能為131毫秒，因此不可能直接用改變T0的時間初值來實現(xiàn)不同節(jié)拍。我們可以用T0來產(chǎn)生10毫秒的時間基準(zhǔn)，然后設(shè)置一個中斷計數(shù)器，通過判別中斷計數(shù)器的值來控制節(jié)拍時間的長短。表2中也給出了各種節(jié)拍所對應(yīng)的時間常數(shù)。例如對1/4拍音符，定時時間為0.16秒，相應(yīng)的時間常數(shù)為16（即10H）；對3拍音符，定時時間為1.92秒，相應(yīng)時間長數(shù)為192（即C0H）。

我們將每一音符的時間常數(shù)和其相應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成一個表，然后由查表程序依次取出，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實現(xiàn)演奏效果。

此外，結(jié)束符和體止符可以分別用代碼00H和FFH來表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為FFH，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。

為了產(chǎn)生手彈的節(jié)奏感，在某些音符（例如兩個相同音符）音插入一個時間單位的頻率略有不同的音符。

程序框圖如圖2所示。

下面給出程序序請單，可直接在TD-III型學(xué)習(xí)機上演奏，對其它不同型號的學(xué)習(xí)機，只需相應(yīng)地改變一下地址即可。本程序演奏的是民歌“八月桂花遍地開”，C調(diào)，節(jié)奏為94拍/分。讀者也可以自行找出一首歌，按表1和表2給定的常數(shù)，將樂曲翻譯成碼表輸入機器，而程序不變。本實驗方法簡便，即使不懂音樂的人，將一首陌生的曲子翻譯成代碼也是易事，和著機器的演奏學(xué)唱一首歌曲，其趣味無窮。

硬件連接說明：

隨便找一個仿真機或者什么單片機實驗板，只要能工作的就行，將程序輸入，運行，然后找個音箱（你計算機旁邊應(yīng)當(dāng)就有一對吧）撥出插頭，插頭的前端接在P1。0上，后面部分找根線接單片機的地，就應(yīng)當(dāng)有聲了，然后怎么改進(jìn)硬件連接就是你的事了。