《单片机应用》-项目六 任务一

【任务描述】

本任务所要完成的工作是单片机音乐门铃的制作。音乐是由音调和节拍构成的，音调的高低用音符（音阶）表示，每个音符由相应频率的振动产生（即音频），而节拍表达的是声音持续的时间。我们就是利用单片机产生不同周期的脉冲信号来模拟音频信号，进而驱动小扬声器发出不同的音调，再利用延时来控制发音时间的长短，即可控制节拍，把乐谱中的音符和相应的节拍变换成单片机定时常数和程序的延时常数，做成数据表格存放在存储器ROM中。由程序指令查表得到定时常数和延时常数，分别用以控制定时器产生脉冲的频率和发出该频率脉冲的持续时间，这样一首动听的音乐就播放出来，可以作为门铃使用。任务1门铃（音乐芯片）的制作【任务分析】根据门铃（音乐芯片）制作的任务描述要求，把任务的实施分解成如下几个部分：1.在门铃系统电路硬件设计中，采用单片机作为系统控制核心，把单片机并行输出端口的某一位进行音乐信号输出，扬声器驱动电路采用普通的发射极晶体管放大电路，把扬声器作为此电路的负载。其它电路仍然是使单片机可以工作的最小系统。2.制作出音符所对应的频率对照表、定时器定时初值，节拍延时时间表。3.编制定时器中断初始化程序及歌曲数据表。4.编制系统程序及软硬件仿真调试。【知识准备】

1.音乐与频率之间的关系音乐是由音调和节拍构成的，音调的高低用音符（音阶）表示，每个音符由相应频率的振动产生（即音频），而节拍（节奏）表达的是声音持续的时间。在音乐中，C调是最基本的音调，其它音调都可以由C调移调完成，所以我们从C调开始研究通过编程实现电子发声的方法。（1）C调的各音符与频率对应关系音乐是由音符组成，不同的音符是由相应频率的振动产生，产生不同的音频需要有不同固定周期的脉冲信号，这样我们就能用单片机发出固定周期的方波就能模拟出音频信号了。常期的实践，人们已经总结出音符与频率的固定关系，以1=C为例，C调下的各音符与频率之间的关系如表所示。C调各音符与频率对照表

表中注意看一下几个6（LA）的频率，它们是整数，容易看出规律――它们之间是乘2倍的关系。其它的音符，也有同样的规律。这些频率，如220、440、880、1760等，它们在琴键上的位置以及频率是世界统一的，无论是钢琴、手风琴，还是电子琴，都是一样的。（2）各音调与C调音符之间的转换生活中的音乐除了C调之外，还有很多音调，下面是常用的音调与C调之间的关系如表所示2.音乐节拍（1）拍子在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或称一拍。拍子的时值是以音符的时值来表示的，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍），也可以是二分音符（以二分音符为一拍）或八分音符（以八分音符为一拍）。拍子的时值是一个相对的时间概念，比如当乐曲的规定速度为每分钟60拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一秒；当规定速度为每分钟120拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一秒，依此类推。（2）小节音乐总是由强拍和弱拍交替进行的，这种交替不能杂乱无章、任意安排，而是按照一定的规律构成最小的节拍组织1小节，然后以此为基础循环往复。比如，当两个强拍之间只有1个弱拍时称作“二拍子”，2/4节拍就是这种类型；当两个强拍之间有2个弱拍时称作“三拍子”，像3/4和3/8；两个强拍之间有三个弱拍称“四拍子”，常见的是4/4。两个小节之间用“小节线|”隔开。（3）音乐节拍音乐节拍是指强拍和弱拍的组合规律，具体是指在乐谱中每一小节的音符总长度，常见的1/4,2/4.3/4,4/4,3/8,6/8,7/8,9/8,12/8拍等等，每小节的长度是固定的。一首乐曲的节拍是作曲时就固定的，不会改变。一首乐曲可以是由若干种节拍相结合组成的。下面就是我们在单片机编程过程中，要用到的音乐中的节拍数与编程中对应的节拍码对照表假使1/4拍延时200ms，那么2/4拍即半拍就调用200ms程序2次，延时400ms；1拍就调用4次，延时800ms；2拍就调用8次，延时1600ms，以此类推。1/8拍的情况与1/4拍的类似，只是时间短些。由于长期实践积累，现在音乐上常用的187ms对应1/4拍，我们下面的编程，也是以187ms作为延时的基本单位。【任务实施】（1）门铃电路设计思路根据本项目的任务分析情况设计门铃电路，电路以AT89S51为控制核心，外围电路包括最小系统和扬声器驱动电路。这里扬声器可选用小功率扬声器，也可以用蜂鸣器代替。驱动电路的核心就是一个共射极的晶体管放大电路，把扬声器作为晶体管的负载。这里选择用NPN型的三极管9013作为放大器件，基极电阻采用10K的小功率电阻。基极电阻过小会造成三极管放大电路饱和，使扬声器音量和音质都下降。（2）电路原理图元件关键字元件名称AT51单片机CRYSTALAT晶振BUTTON按钮NPNNPN型三极管CERAMIC33P33pF电容MINELECT22U16V22uF电解电容MINRES10K、MINRES2K电阻（10KΩ、2KΩ）SPEAKER扬声器（3）电路元件清单（4）软件设计本程序采用定时器T1以方式1工作，产生各音符对应的频率方波，由P1.0输出驱动小扬声器播放音乐。定时器初始化程序：MOV TMOD,#10H ；定时器T1工作在方式1定时功能MOV IE,#88H；中断EA总允许，定时器T1中断ET1允许定时器中断服务程序：ORG 001BH ；定时器T1中断入口地址MOV TH1,R1 ；重装定时器T1初始值MOV TL1,R0CPL P1.0 ；P1.0定时取反，输出音符对应频率的

；方波

RETI ；中断返回（5）门铃（音乐芯片）系统软硬件仿真调试a.使用ProteusISIS仿真软件绘制电路图。b.使用KEIL软件，把编写的源程序写入并编译c.将编译后单片机程序的可执行文件(.Hex)加载到Proteus中的单片机中，单击Proteus软件左下角的仿真启动按钮，打开电脑音箱（或插入耳机）聆听音乐门铃仿真运行效果。d.如果运行结果跟设计不一致，逐条修改软件程序，直到程序达到设计要求。【任务扩展】本项目作为综合项目，在完成Proteus仿真的基础上，可以采购元件，真正做一个实物仿真电路。根据元件表采购本任务所需要量元件，再加上面包板，插线、+5V开关电源，一个编程下载器，就可以把前面的仿真实验项目都做出实物电路，提高同学们的动手能力和故障检测能力。1．门铃（音乐芯片）系统实训电路连接及程序下载（1）根据设计的电路原理图，在面包板上正确连接各元件（2）把单片机从电路板上取下，放到编程器上。（3）打开编程器软件，在“操作”菜单下选单片机型号。（4）打开编译好的可执行文件（.Hex）到文件缓冲区。（4）点击“运行”中的“开始”按钮，把程序下载到单片机中，如图所示。2．门铃实训电路的软硬件联合调试把