單片機(jī)對音樂程序的設(shè)計原理解析

利用單片機(jī)（或單板機(jī)）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(jī)的基本發(fā)間實(shí)驗(yàn)出發(fā)，談?wù)勔魳烦绦虻脑O(shè)計原理，并給出具體實(shí)例，以供參考。

單片機(jī)的基本發(fā)音實(shí)驗(yàn)

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(jī)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(shí)驗(yàn)，也可將喇叭直接接在P1口線上），實(shí)驗(yàn)程序?yàn)椋?/p>

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(jī)，并持續(xù)修改R3的常數(shù)能感到音調(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)時各音符頻率及其對應(yīng)的時間常數(shù)。讀者能根據(jù)表1所供給的常數(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能奏出音符。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)拍我們能用定時器T0來控制，送入不一樣的初值，就能產(chǎn)生不一樣的定時時間。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(shí)現(xiàn)不一樣節(jié)拍。我們能用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，對應(yīng)的時間常數(shù)為16（即10H）；對3拍音符，定時時間為1.92秒，對應(yīng)時間長數(shù)為192（即C0H）。

我們將每一音符的時間常數(shù)和其對應(yīng)的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按次序?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，就能實(shí)現(xiàn)演奏效果。此外，結(jié)束符和體止符能分別用代碼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)生對應(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一樣的音符。

下面給出程序序清單，可直接在TD-III型學(xué)習(xí)機(jī)上演奏，對其它不一樣型號的學(xué)習(xí)機(jī)，只需對應(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。讀者也能自行找出一首歌，按表1和表2給定的常數(shù)，將樂曲翻譯成碼表輸入機(jī)器，而程序不變。本實(shí)驗(yàn)辦法簡便，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(jī)器的演奏學(xué)唱一首歌曲，其趣味無窮。