单片机音阶设计.doc

南湖学院课程设计报告课程名称：单片机原理及应用课程设计 系 部：机建系 专业班级：电气N112 学生姓名：冯倬程 完成时间：2013-7-10 报告成绩： 评阅意见：考勤20分设计完成度30分设计难度20分报告说明书30分总分100分 评阅教师 日期 音阶演奏一、任务设计：1、设计任务：以51单片机为核心，输出一段有14个音的音阶，音阶演奏由定时器控制完成。2、设计要求：在输出声音时如果连接了虚拟示波器，可观察到脉宽逐步减小，频率不断升高，如果CPU会因连接虚拟示波器而过载，导致声音播放失帧，这时可断开示波器再播放。二、方案论证：1、蜂鸣器：发音是蜂鸣器振动引起的，而振动则是对蜂鸣器电压断通引发的，控制电压的频率就是蜂鸣器振动的频率，取非则是对电压控制的断通控制，先是1，非后是0，再非又继续循环。有两种蜂鸣器，一种无源蜂鸣器吗，一种是有源，有源是指给它通上直流电，它就按本身固有的频率响(本身有震荡电路比如3K)，而无源则相反，相当于喇叭，给喇叭通上直流电，是不会响的，需要交变的电压，这就是以上问题的蜂鸣器，这种蜂鸣器的振动频率是外部电路控制的，音调也即是可控的。改变高低电平的频率就是蜂鸣器的频率，可以通过定时器来改变。2、显示部分：采用LCD显示。LCD液晶显示具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较适合的。3、单片机AT89C51：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51仿真图三、总体方案：1. 单片机唱歌的基本原理:声音是空气的振荡，不同的振荡频率我们就可以听到不同声调的声音。音的频谱范围约在几十到几千赫兹。利用程序来控制单处机某个口线出一定频率的方波到蜂鸣器，蜂鸣器就可以发出一定音调的声音，若再利用不同的延时程序改变输出频率，就可以改变音调，进而就可让单片机发出“1”、“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”的音乐。 2. 软件设计:一、音调：输出不同频率的方波，以实现1、2、3、4等的不同音调；比如，发出200HZ的音频，其周期为1/200秒，即5ms。这样，当 P3.2的高电平或低电平的持续时间为2.5ms时，就能发出200HZ的音调。我们可以写一个延时子程序，用R3来提供参数，R3=1时，延时为20us，那么R3取2500/20=125（7DH）时，就可以发出200Hz的音调，提供不同的R3常数，可以得到不同的音调变化。附表给出了不同音阶对应的频率。类 型1234567音符C5D5E5F5G5A5B5频率/HZ523587659698784880987二、节拍：控制一个音符输出的时间，比如1拍、1/4拍。仅上所叙还不够，要准确奏出一首曲子，必须准确地控制乐曲节奏，即一音符的持续时间。例如，一首曲子的节奏为每分种94拍，那么一拍就为60/94=0.64秒。音乐的节拍我们可用定时器来控制，简单的说，一个一拍的音符唱0.64秒，我们就设置一个定时器定时0.64秒，时间一到就换下一个音符。但是，由于单片机的T0，在12MHz晶振下最大定时时间只能为65毫秒，因此不可能直接用改变T0的时间初值来实现不同节拍。如何定时一个更大的时间，上节课我们已经讲了一个方法。我们可以用T0来产生10毫秒的时间基准，然后设置 一个中断计数器，通过判别中断计数器的值来控制节拍时间的长短。表2中也给出了各种节拍所对应的时间常数。例如对1/4拍音符，定时时间为0.16秒，相应的时间常数（中段计数器）为16（即10H）；对3拍音符，定时时间为1.92秒，相应时间长数为192（即C0H）。HI=(8192-count)/32LO=(8192-count)%32方波宽度：t=1/f*1000000（us）定时器计数值：count=t/2程序中的数组HI_LIST和LO_LIST所保存的就是为产生频率为523HZ.587HZ分别需要的定时器的高字节和低字节。三、说明：本例的代码核心在于T0_INT定时器中断函数，从代码中可以看到，TH0与TL0是由音阶i决定的，需要播出不同频率的声音时，通过改变i值即可改变TH0与TL0的取值，这也同时影响了该函数的时间间隔，触发时间间隔越短，SPK=!SPK输出的频率越高。主程序中的for循环控制了14个音符的播放，TR0取1或0控制了声音的输出与暂停，delay(500)导致的主程序时延间，定时器会以一定的时间间隔持续触发，它使某个频率的音符输出能持续一定的时间，后一个delay（50）在一个音符输出结束后，形成一个较短的暂定间隔。四、仿真实图：等待时波形：播放时波形：五、源程序：/说明：本实验使用定时器演奏一段音阶，播放由K1控制。/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar i=0;/i：音符索引sbit SPK=p34;sbit K1=p10;/14个音符在方式2下的定时器值（TH0,YL0）uchar code HI_LIST=0,226,229,232,233,236,238,240,241,244,245,246,247,248;uchar code LO_LIST=0,4,13,10,20,3,8,6,2,23,5,26,1,4,3;/定时器0中断/viod T0_INT() interupt 1 TL0=HI_LISTi; TH0=HI_LISTi; SPK=!SPK; / /延时 / void delay(uint ms) uchar t;while(me-) for(t=0;t120;t+);/主程序/void main() IE=