1、1、單片機(jī)是如何發(fā)出音樂聲 原理： 聲音是通過震動(dòng)產(chǎn)生的。單片機(jī)對(duì)某一I/O引腳以一定的頻率循環(huán)置1 和清0，這一引腳便產(chǎn)生一定頻率的方波，該方法通過放大后作用于揚(yáng)聲器便產(chǎn)生一定頻率的聲音。若改變輸出方波的頻率，產(chǎn)生的聲音也就改變了。通過控制輸出方波的時(shí)間長(zhǎng)短，聲音的長(zhǎng)短也就得到控制，因此，根據(jù)樂譜，單片機(jī)就可以產(chǎn)生音樂。音樂中最關(guān)鍵的兩個(gè)要素是音調(diào)和節(jié)拍。 音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率， 節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。,一、單鍵演奏一組音符,1、單片機(jī)是如何發(fā)出音樂聲 一首音樂是由很多音符組合而成的，一個(gè)音符代表了一種頻率的樂聲，通過不同頻率樂聲的組合，就可以產(chǎn)生一首音樂了。這就是電子音樂的

2、基本方法。 單片機(jī)可以通過定時(shí)器生成不同頻率的信號(hào)，按照音樂音符的頻率來生成各種頻率的信號(hào)，并將其按照音樂構(gòu)建好，然后將信號(hào)通過電聲器件轉(zhuǎn)換為聲波，這樣單片機(jī)就能發(fā)出一段音樂的聲音了。,一、單鍵演奏一組音符,2、音調(diào)的確定 音調(diào)就是我們常說的音高。它是由頻率來確定的！我們可以查出各個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的頻率，那么現(xiàn)在就需要我們來用51來發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音！ 我們常采用的方法就是通過單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)中斷，將單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的 I/O口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，為了讓單片機(jī)發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時(shí)器預(yù)置不同的定時(shí)值就可實(shí)現(xiàn)。那么怎樣確定一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器

3、的定時(shí)值呢？,一、單鍵演奏一組音符,2、音調(diào)的確定 例如：中音DO的頻率為523Hz，周期為：T=1/f=1912us 單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I/O 口來回取反的時(shí)間應(yīng)即半個(gè)周期為：t=T/2=956us 這個(gè)時(shí)間t 就是單片機(jī)上定時(shí)器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時(shí)間。 只要將定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)置為956us，就可以產(chǎn)生頻率為523Hz的方波信號(hào)。 一般情況下，單片機(jī)奏樂時(shí)，其定時(shí)器為工作方式1，設(shè)振蕩器頻率為f，則定時(shí)器的予置初值由下式來確定： t=（216-X）*(12/f),一、單鍵演奏一組音符,2、音調(diào)的確定 因此定時(shí)器的高低計(jì)數(shù)器的初值為： TH =X/ 256 = ( 216 t* f/12) /

4、 256 TL = X % 256 = (216t* f/12) %256,一、單鍵演奏一組音符,C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表如圖所示：,2、音調(diào)的確定 一般我們要為這個(gè)音符建立一個(gè)表格，有助于單片機(jī)通過查表的方式來獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 uint code tab=63628,63835,64021,64103, 64260,64400,64524,64580, 64684,64777,64820,64898, 64968,95030,65058,65110;,一、單鍵演奏一組音符,實(shí)例演示： 要求：用一只單鍵產(chǎn)生一組音符的聲音，發(fā)聲從低音階向高音階進(jìn)展，可以通過虛擬示波器觀察到單片機(jī)產(chǎn)生的方

5、波的周期變化。單片機(jī)演奏音樂的電路只需要單片機(jī)和聲音播放電路，電路原理圖如圖所示。,一、單鍵演奏一組音符,三極管,蜂鳴器,一、單鍵演奏一組音符,一、單鍵演奏一組音符,節(jié)拍的實(shí)現(xiàn)： 在一張樂譜中，我們經(jīng)常會(huì)看到這樣的表達(dá)式，如1=C (4/4) 、1=G(3/4) 等等，這里1=C (4/4),1=G(3/4) 表示樂譜的曲調(diào)，與前面所談的音調(diào)有很大的關(guān)聯(lián)，4/4、3/4 就是用來表示節(jié)拍的。以3/4 為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節(jié)拍，每一小結(jié)有三拍。,二、演奏一首音樂,其中1 、2 為一拍，3、4、5為一拍，6為一拍共三拍。1 、2的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)，3、4的時(shí)長(zhǎng)

6、為八分音符的一半，即為十六分音符長(zhǎng)，5的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)，6的時(shí)長(zhǎng)為四分音符長(zhǎng)。,二、演奏一首音樂,樂曲的數(shù)據(jù)，一般寫入數(shù)據(jù)表，表中每三個(gè)數(shù)字，說明了一個(gè)音符，它們分別代表： 第一個(gè)數(shù)字是音符的數(shù)值1234567之一，代表多來咪.； 第二個(gè)數(shù)字是123之一，代表低音、中音、高音； 第三個(gè)數(shù)字是時(shí)間長(zhǎng)度，以半拍為單位。 樂曲數(shù)據(jù)表的結(jié)尾是三個(gè)0。 樂譜中數(shù)字上面帶點(diǎn)表示高音，下面帶點(diǎn)表示低音。什么都不帶表示中音。 下劃線：?jiǎn)蝹€(gè)數(shù)字是四分音符，兩個(gè)數(shù)字下畫一條線是八分音符了。 感興趣的同學(xué)應(yīng)該去查看樂譜相關(guān)的知識(shí)。,二、演奏一首音樂,據(jù)此就可以寫出送別前二小節(jié)的數(shù)據(jù)表： cod

7、e unsigned char sszymmh = 5, 2, 2, 3, 2, 1, 5, 2, 1, 1, 3, 4, /嗦,中音,2個(gè)半拍;咪,中音,1個(gè)半拍;嗦,中音,1個(gè)半拍;哆,高音,4個(gè)半拍 6, 2, 2, 1, 3, 2, 5, 2, 4, /啦,中音,2個(gè)半拍;哆,高音,1個(gè)半拍;嗦,中音,4個(gè)半拍 0, 0, 0;,二、演奏一首音樂,單片機(jī)演奏音樂的電路只需要單片機(jī)和聲音播放電路，電路原理圖如圖所示。,二、演奏一首音樂,/*演奏“世上只有媽媽好”*/ #include sbit speaker = P30;unsigned char timer0h, timer0l, t

8、ime;/-/單片機(jī)晶振采用11.0592MHz,二、演奏一首音樂,/各種音符頻率所對(duì)應(yīng)的、半周期的定時(shí)時(shí)間初始值。 / 頻率-半周期數(shù)據(jù)表 高八位 code unsigned char FREQH = 0 xF2, 0 xF3, 0 xF5, 0 xF5, 0 xF6, 0 xF7, 0 xF8, /低音1234567 0 xF9, 0 xF9, 0 xFA, 0 xFA, 0 xFB, 0 xFB, 0 xFC, 0 xFC,/1,2,3,4,5,6,7,i 0 xFC, 0 xFD, 0 xFD, 0 xFD, 0 xFD, 0 xFE, /中音 234567 0 xFE, 0 xFE,

9、 0 xFE, 0 xFE, 0 xFE, 0 xFE, 0 xFF; /高音 1234567 / 頻率-半周期數(shù)據(jù)表 低八位code unsigned char FREQL = 0 x42, 0 xC1, 0 x17, 0 xB6, 0 xD0, 0 xD1, 0 xB6, /低音1234567 0 x21, 0 xE1, 0 x8C, 0 xD8, 0 x68, 0 xE9, 0 x5B, 0 x8F, /1,2,3,4,5,6,7,i 0 xEE, 0 x44, 0 x6B, 0 xB4, 0 xF4, 0 x2D, /中音音 234567 0 x47, 0 x77, 0 xA2, 0

10、xB6, 0 xDA, 0 xFA, 0 x16; /高音 1234567,二、演奏一首音樂,二、演奏一首音樂,/世上只有媽媽好數(shù)據(jù)表 要想演奏不同的樂曲, 只需要修改這個(gè)數(shù)據(jù)表code unsigned char sszymmh = 6, 2, 3, 5, 2, 1, 3, 2, 2, 5, 2, 2, 1, 3, 2, 6, 2, 1, 5, 2, 1, /一個(gè)音符有三個(gè)數(shù)字。前為第幾個(gè)音、中為第幾個(gè)八度、后為時(shí)長(zhǎng)（以半拍為單位）。/6, 2, 3 分別代表：, 中音, 個(gè)半拍;/5, 2, 1 分別代表：, 中音, 個(gè)半拍;/3, 2, 2 分別代表：, 中音, 個(gè)半拍;/5, 2, 2

11、 分別代表：, 中音, 個(gè)半拍;/1, 3, 2 分別代表：, 高音, 個(gè)半拍;/6, 2, 4, 3, 2, 2, 5, 2, 1, 6, 2, 1, 5, 2, 2, 3, 2, 2, 1, 2, 1,6, 1, 1, 5, 2, 1, 3, 2, 1, 2, 2, 4, 2, 2, 3, 3, 2, 1, 5, 2, 2,5, 2, 1, 6, 2, 1, 3, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 4, 5, 2, 3, 3, 2, 1,2, 2, 1, 1, 2, 1, 6, 1, 1, 1, 2, 1, 5, 1, 6, 0, 0, 0;/-,二、演奏一首音樂,/*定時(shí)器T0中

12、斷函數(shù)*/ void t0int() interrupt 1 /T0中斷程序，控制發(fā)音的音調(diào) TR0 = 0; /先關(guān)閉T0 speaker = !speaker; /輸出方波, 發(fā)音 TH0 = timer0h; /下次的中斷時(shí)間, 這個(gè)時(shí)間, 控制音調(diào)高低 TL0 = timer0l; TR0 = 1; /啟動(dòng)T0 /*延時(shí)程序控制發(fā)音的時(shí)長(zhǎng)*/ void delay(unsigned char t) /延時(shí)程序，控制發(fā)音的時(shí)間長(zhǎng)度 unsigned char t1; unsigned long t2; for(t1 = 0; t1 t; t1+) /雙重循環(huán), 共延時(shí)t個(gè)半拍 for(t

13、2 = 0; t2 8000; t2+); /延時(shí)期間, 可進(jìn)入T0中斷去發(fā)音 TR0 = 0; /關(guān)閉T0, 停止發(fā)音 ,二、演奏一首音樂,/*演奏一個(gè)音符*/ void song() /演奏一個(gè)音符 TH0 = timer0h; /控制音調(diào) TL0 = timer0l; TR0 = 1; /啟動(dòng)T0, 由T0輸出方波去發(fā)音 delay(time); /控制時(shí)間長(zhǎng)度 ,二、演奏一首音樂,/*演奏一個(gè)音符*/ void main(void) unsigned char k, i; TMOD = 1; /置T0定時(shí)工作方式1 ET0 = 1; /開T0中斷 EA = 1; /開CPU中斷 whi

14、le(1) i = 0; time = 1; while(time) k = sszymmhi + 7 * sszymmhi + 1 - 1; /第i個(gè)是音符, 第i+1個(gè)是第幾個(gè)八度 timer0h = FREQHk; /從數(shù)據(jù)表中讀出頻率數(shù)值 timer0l = FREQLk; /實(shí)際上, 是定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度 time = sszymmhi + 2; /讀出時(shí)間長(zhǎng)度數(shù)值 i += 3; song(); /發(fā)出一個(gè)音符 ,課后思考： 增加一個(gè)按鍵控制選播多首音樂？ 也可以增加一個(gè)數(shù)碼管用于顯示正在播放的是第幾首歌曲？,（1）任務(wù)要求： 采用單片機(jī)控制方式，設(shè)計(jì)制造電子琴，能夠通過串口對(duì)鍵盤進(jìn)行

15、簡(jiǎn)單調(diào)音控制。電子琴具有16只音樂輸入鍵盤，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的音樂演奏。LED數(shù)碼管能顯示按下的鍵盤，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)電子琴和PC之間的通信，能通過PC向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤所對(duì)應(yīng)的高低音調(diào)整，并將PC所發(fā)送數(shù)據(jù)顯示出來。各工作小組對(duì)鍵盤調(diào)音的上調(diào)和下調(diào)指令碼分別為0-9和A-J。,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),（2）方案框圖 根據(jù)任務(wù)要求，單片機(jī)電子琴主控芯片為8051單片機(jī)，有16只音符輸入鍵盤，可以從PC輸入控制數(shù)碼，輸入數(shù)碼通過串口傳送給單片機(jī)，通過控制碼能調(diào)整音鍵的音階，并能顯示從PC輸入的數(shù)碼，用LED數(shù)碼管顯示音鍵名。電子琴方案框圖如圖所示。,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),單 片 機(jī),PC串行輸入數(shù)

16、碼,矩陣鍵盤,時(shí)鐘復(fù)位電源,LED顯示鍵盤名,中斷顯示輸入數(shù)碼,聲頻播放,（2）硬件電路 輸入鍵盤設(shè)計(jì)： 矩陣鍵盤：4*4=16只按鍵，P1口接矩陣鍵盤 采用虛擬終端VIRTUAL TERMINAL模擬PC的作用。 虛擬終端接單片機(jī)串口，單片機(jī)的發(fā)送端接虛擬終端接收端，單片機(jī)的接收端連虛擬終端發(fā)送端 P3.7端輸出音頻信號(hào)，并連接虛擬示波器以測(cè)試音頻方波的周期，觀察控制數(shù)碼的調(diào)音效果。 P0端口接LED數(shù)碼管顯示音鍵名。 電子琴電路原理圖如圖所示：,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),（3）軟件設(shè)計(jì)流程圖-電子琴主程序流程圖,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),初始化,是否有鍵按下,鍵盤掃描，識(shí)別按下鍵的

17、列值,鍵盤掃描，識(shí)別按下鍵的行值,根據(jù)鍵值和控制碼，鍵音調(diào)整,停止定時(shí)器，關(guān)閉播放,Y,N,啟動(dòng)定時(shí)器，生成方波信號(hào)播放音頻,（3）軟件設(shè)計(jì)流程圖電子琴串行通信流程圖,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),串行中斷入口,是否收到數(shù)據(jù)？,讀取數(shù)據(jù)，清除接收標(biāo)志,鍵盤向下調(diào)音,Y,是否有下調(diào)控制碼?,是否有上調(diào)控制碼?,鍵盤向上調(diào)音,發(fā)送數(shù)據(jù)，清除發(fā)送標(biāo)志,Y,N,N,N,Y,（4）源程序編寫 根據(jù)單片機(jī)串行通信的編寫步驟，首先是編寫定時(shí)器和串口的初始化。 串口工作在方式1，允許接收數(shù)據(jù)： SCON=0 x50; 定時(shí)器T0工作于方式1，T1工作于方式2： TMOD=0 x21; 波特率為9600，時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，定時(shí)器初值TH1=TL1=0 xfd; 開中斷： EA=1;ET0=1;ET1=1;,三、簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì),（4）源程序編寫 矩陣鍵盤采用掃描方式判別按鍵是否按下。首先看是否有鍵按下，若有鍵按下，再判別按鍵的行列位置，根據(jù)行列位置得到按鍵的鍵值，將鍵名送LED