電子音樂(lè)設(shè)計(jì)主講教師：王海杰《汽車單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》汽車智能技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)1、回顧蜂鳴器驅(qū)動(dòng)的工作原理；2、了解產(chǎn)生音樂(lè)聲音的原理；3、掌握音符頻率初值TC的計(jì)算。知識(shí)目標(biāo)1、能根據(jù)需要選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式2、計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值3、能用單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)倒車警示音設(shè)計(jì)4、能用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子音樂(lè)設(shè)計(jì)。能力目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)初步訓(xùn)練單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲。具體要求：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電，則蜂鳴器發(fā)聲。強(qiáng)化訓(xùn)練將樂(lè)譜中的每個(gè)音符的音調(diào)和節(jié)拍轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍參數(shù)；將它們做成數(shù)據(jù)表格，存放在單片機(jī)ROM存儲(chǔ)器中；通過(guò)程序取出音符和節(jié)拍的相關(guān)參數(shù)，播放樂(lè)曲。學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)相關(guān)知識(shí)1、并行端口的結(jié)構(gòu)2、蜂鳴器相關(guān)知識(shí)任務(wù)相關(guān)知識(shí)1、并行端口的結(jié)構(gòu)51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口P0，P1，P2和P3，其中P0、P1、P2為準(zhǔn)雙向口接口，各接口均由鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器，輸入緩沖器組成。各接口編址于特殊功能寄存器中，既有字節(jié)地址又有位地址。單片機(jī)跟外部信息的交換都是通過(guò)I/O口進(jìn)行的。4個(gè)I/O口都可以用做輸入/輸出口，其中P0，P2通常用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)，P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地址（A0～A7）和傳送8位數(shù)據(jù)（D0～D7）；P2口作為地址總線口使用，輸出高8位地址（A8～A15）。任務(wù)相關(guān)知識(shí)（1）P0口的結(jié)構(gòu)P0端口某一位的結(jié)構(gòu)如圖所示。由圖可見(jiàn)，P0端口由一個(gè)輸出鎖存器、一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)與門及一個(gè)非門組成?？刂菩盘?hào)C的狀態(tài)決定轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)的位置。當(dāng)C=0時(shí)，開(kāi)關(guān)處于圖中所示位置，P0口用作通用I/O口；當(dāng)C=1時(shí)，開(kāi)關(guān)與反向器連接，P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線。任務(wù)相關(guān)知識(shí)1)P0口用作通用I/O口當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時(shí)，P0口用作通用I/O接口。在這種情況下，單片機(jī)內(nèi)硬件自動(dòng)使C=0，MUX開(kāi)關(guān)街上鎖存器的反向輸出端，與門輸出的0使輸出驅(qū)動(dòng)器的上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)工作在需外接上拉電阻的漏極開(kāi)路方式。P0口用作輸出口，CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號(hào)的作用下由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)鎖存器的反向端送至場(chǎng)效應(yīng)管T2，再經(jīng)T2反向，在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)是漏極開(kāi)路電路，若要驅(qū)動(dòng)NMOS或其他啦電流負(fù)載時(shí)，需要外接上拉電阻（阻值一般為5—10?）。P0口中的輸出可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P0口用作輸入口時(shí)，數(shù)據(jù)可以呀讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳。需要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來(lái)決定。任務(wù)相關(guān)知識(shí)2）P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展或進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時(shí)，P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線，對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地址（A0~A7）和傳送8位數(shù)據(jù)（D0~D7），此時(shí)是一個(gè)真正的雙向接口。對(duì)端口寫1時(shí)，又可以做高阻抗輸入端用。P0口在應(yīng)用的過(guò)程中，需要注意以下問(wèn)題：——P0口為雙功能口——地址／數(shù)據(jù)復(fù)用口和通用I/O口?！狿0口作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口時(shí)，有高電平、低電平、高阻抗三個(gè)狀態(tài)，是一真正的雙向端口，簡(jiǎn)稱雙向口，輸出低8位地址和輸出/輸入8位數(shù)據(jù)。——P0口作通用I/O口時(shí)，需要在片外接上拉電阻，端口不存在高阻抗（懸?。顟B(tài)，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口?！狿0口作地址數(shù)據(jù)復(fù)用口時(shí)，此時(shí)不能再作為通用口使用?！狿0口由原來(lái)的輸出變輸入使用時(shí)，應(yīng)先置鎖存器的Q端為1，方可保證引腳信息的正確讀入。任務(wù)相關(guān)知識(shí)（2）P1口的結(jié)構(gòu)P1接口是唯一的單功能接口，僅能用作通用的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口。由圖可見(jiàn)，P1口由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路組成。P1口的每一位都可以分別定義作輸入/輸出口。由于內(nèi)部有約30?的上拉電阻，引腳不用再接上拉電阻。當(dāng)用作輸入方式時(shí)，需將“1”寫入P1口。任務(wù)相關(guān)知識(shí)（3）P2口的結(jié)構(gòu)如圖所示，P2口由一個(gè)輸出鎖存器、一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MUX、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)反向器組成?？刂菩盘?hào)C的狀態(tài)決定轉(zhuǎn)化開(kāi)關(guān)的位置。當(dāng)C=0時(shí)，開(kāi)關(guān)處于圖中所示位置，P2口用作通用I/O口，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口；當(dāng)C=1時(shí)，開(kāi)關(guān)與地址線相接，P2口用作地址總線，輸出高8位地址。

任務(wù)相關(guān)知識(shí)P2口在應(yīng)用的過(guò)程中，需要注意以下問(wèn)題：1）作為地址輸出線時(shí)，P2口輸出高8位地址，PO口輸出低8位地址，可尋址64KB地址空間（現(xiàn)在已很少用此功能）。2）作為通用I/O口時(shí)，P2口為準(zhǔn)雙向口，功能與Pl口一樣。任務(wù)相關(guān)知識(shí)（4）P3口的結(jié)構(gòu)P3口是雙功能口，除具有數(shù)據(jù)輸入/輸出功能外，每一接口還具有特殊的第二功能。如圖所示，P3口由一個(gè)輸出鎖存器、三個(gè)輸入緩沖器（其中兩個(gè)為三態(tài)）、輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)與非門組成。當(dāng)P3口用作第一功能通用I/O口時(shí)，CPU對(duì)P3口進(jìn)行字節(jié)或者位尋址，單片機(jī)內(nèi)部硬件自動(dòng)將第二功能輸出線的W置1。作為輸入時(shí)，也要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。P3口在作為通用I/O口時(shí)，也屬于準(zhǔn)雙向口。任務(wù)相關(guān)知識(shí)當(dāng)P3口用作第二功能使用時(shí)，CPU不對(duì)P3口進(jìn)行字節(jié)或者位尋址，單片機(jī)內(nèi)部硬件自動(dòng)將口鎖存器的Q端置1。這時(shí)，P3口可以作為第二功能使用。端口第二功能定義如下：P3.0，P3.1：串行通信輸入，輸出口；P3.2，P3.3：外部中斷0，1輸入；P3.4，P3.5：定時(shí)器0，1輸入；P3.6，P3.7：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”，“讀”選通控制輸出。P3口的應(yīng)用過(guò)程中，需要注意以下問(wèn)題：P3口內(nèi)部有上拉電阻，無(wú)高阻抗輸入態(tài)，因此P3口為準(zhǔn)雙向口。P3口作為第二功能的輸出/輸入，或第一功能通用輸入使用時(shí)，均須將相應(yīng)位的鎖存器置1。實(shí)際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3口鎖存器自動(dòng)置l，滿足第二功能所需的條件，所以不需任何設(shè)置工作，就可以進(jìn)入第二功能操作。任務(wù)相關(guān)知識(shí)

蜂鳴器1、蜂鳴器簡(jiǎn)介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器按其結(jié)構(gòu)主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。任務(wù)相關(guān)知識(shí)電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。

壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5～15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電式蜂鳴器任務(wù)相關(guān)知識(shí)蜂鳴器按其是否帶有信號(hào)源又分為有源和無(wú)源兩種類型。有源蜂鳴器內(nèi)部含有音頻振蕩電路，只需要在其供電端加上額定直流電壓，其內(nèi)部的振蕩器就可以產(chǎn)生固定頻率的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有振蕩電路,可以理解成喇叭一樣，需要在其供電端上加上高低不斷變化的2KHz-5KHz音頻方波電信號(hào)才可以驅(qū)動(dòng)發(fā)出聲音。單片機(jī)使用的蜂鳴器一般為無(wú)源電磁式蜂鳴器。在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警，比如按鍵按下、開(kāi)始工作、工作結(jié)束或是故障報(bào)警等等。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲有兩種方式：一種是PWM輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。任務(wù)相關(guān)知識(shí)2、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)原理蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。51單片機(jī)通過(guò)一個(gè)三極管來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，原理圖如圖所示。任務(wù)相關(guān)知識(shí)如圖所示，蜂鳴器的正極接VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過(guò)限流電阻R1后由單片機(jī)引腳控制，當(dāng)單片機(jī)引腳輸出低電平時(shí)，三極管T1截止，沒(méi)有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)單片機(jī)引腳輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過(guò)程序控制單片機(jī)引腳的電平來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。通過(guò)程序改變單片機(jī)引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音調(diào)的聲音。初步訓(xùn)練初步訓(xùn)練

利用51單片機(jī)I/O口輸出一定頻率的方波脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出不同的聲調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)電子音樂(lè)的演奏。首先要清楚音樂(lè)的音調(diào)和節(jié)拍兩個(gè)概念。任務(wù)分析：音調(diào)表示一個(gè)音符的頻率，即“音高”。要產(chǎn)生音頻脈沖，只要知道音符的頻率，可以利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生脈沖頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，要產(chǎn)生頻率為587Hz的音頻脈沖，其脈沖周期為：其半周期為852，因此可以利用單片機(jī)每定時(shí)852時(shí)將I/O反相實(shí)現(xiàn)。若單片機(jī)晶振頻率為fosc,采用單片機(jī)定時(shí)器工作方式1，產(chǎn)生周期為T的方波脈沖，則定時(shí)器的初值為：初步訓(xùn)練電路圖初步訓(xùn)練程序流程圖初步訓(xùn)練操作步驟1、將單片機(jī)VCC接+5V，GND接地，EA接+5V。2、將P1.0接到蜂鳴器，打開(kāi)電源。3、打開(kāi)KeiluVision4軟件，根據(jù)流程圖進(jìn)行編程，并調(diào)試通過(guò)，生成HEX文件。4、將生成的HEX文件下載到單片機(jī)中。5、觀察LED現(xiàn)象。并記錄在任務(wù)工單中。6、完成實(shí)訓(xùn)操作，關(guān)閉電源，拆除接線，整理歸位。7、完成任務(wù)工單中相關(guān)題目。初步訓(xùn)練參考程序ORG0000HSJMPSTARTORG0030HSTART:SETBP1.7MOVR5,#100DL1:DJNZR5,DL1;延時(shí)200μsCLRP1.7MOVR5,#100DL2:DJNZR5,DL2;延時(shí)200μsSJMPSTARTEND

強(qiáng)化訓(xùn)練強(qiáng)化訓(xùn)練模擬汽車?yán)瓤刂啤Ｓ瞄_(kāi)關(guān)控制蜂鳴器發(fā)聲，開(kāi)關(guān)閉合蜂鳴器發(fā)聲，開(kāi)關(guān)打開(kāi)蜂鳴器不發(fā)聲。任務(wù)分析：在初步訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，在P1.1引腳處接開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，P1.1引腳為低電平，向P1.7引腳輸出輸出頻率為2500Hz，占空比為1/2的方波，即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音了；當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。強(qiáng)化訓(xùn)練電路圖強(qiáng)化訓(xùn)練程序流程圖強(qiáng)化訓(xùn)練操作步驟1、將單片機(jī)VCC接+5V，GND接地，EA接+5V。2、將P1.7接蜂鳴器電路，P1.1接開(kāi)關(guān)S1，打開(kāi)電源。3、打開(kāi)KeiluVision4軟件，根據(jù)流程圖進(jìn)行編程，并調(diào)試通過(guò)，生成HEX文件。4、將生成的HEX文件下載到單片機(jī)中。5、關(guān)閉開(kāi)關(guān)，觀察蜂鳴器現(xiàn)象，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，再次觀察蜂鳴器現(xiàn)象，并記錄在任務(wù)工單中。6、完成實(shí)訓(xùn)操作，關(guān)閉電源，拆除接線，整理歸位。7、完成任務(wù)工單中相關(guān)題目。強(qiáng)化訓(xùn)練參考程序ORG0000H AJMPMAIN ORG001BHINTS: PUSHACCPUSHPSW PUSHDP POPDPL POPPSW POPACC RETI END訓(xùn)練習(xí)題1、單片機(jī)產(chǎn)生方波信號(hào)頻率f=500Hz，則周期為————，單片機(jī)定時(shí)時(shí)間為————，利用定時(shí)器T1方式1，則TMOD=————，IE=————，定時(shí)器初值為————。2、定時(shí)器T1中斷入口地址為————3、P1.0輸出取反的命令為————

4、《蘭花草》節(jié)拍為————，其中最低音為————，簡(jiǎn)譜碼為——