单片机电子琴系统程序设计 第2页
第一章 绪 论
1.1 设计任务与要求：
设计任务：能够发出1、2、3、4、5、6、7等七个音符。
设计基本要求：
⒈按键与音符：一个按键对应一个音符
⒉播放：能够演奏播放一首完整的歌曲。
1.2 设计目的
（1）能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识有进一步的认识，独立对其进行测试与检查。
（2）熟悉8051单片机的内部结构和功能，合理使用其内部寄存器，能够完成相关软件编程设计工作。
（3）为实现预期功能，能够对系统进行快速的调试，并能够对出现的功能故障进行分析，及时修改相关软硬件。
（4）对软件编程、排错调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。
第二章 硬件设计
2.1 音乐的基本知识
在音乐中使用的各个固定频率的音叫音级。常用符号C、D、E、F、G、A、B、c、d、e、……a1、b1、c2、d2……表示，它们对应于钢琴上的白键。两音之间音高的距离叫音程。在上述音级中，E与F、B与C之间音高的距离仅为其它相邻音级之间距离的一半，称它们之间的音程为半音音程，而称其它相邻各音之间的距离为全音音程。在这些全音音程之间又加入新的半音音级，用符号﹟C、﹟D、﹟F、﹟G、﹟A、﹟c、﹟d、﹟f、……表示，对应于钢琴上的黑键。国际上目前采用以a1 =440Hz作为标准国际音高，由此推算出各音级的频率见表1。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。
2.2 音乐产生原理
要产生音频信号，只要算出某一音频的周期（频率的倒数），将此周期除以2即为半周期的时间，利用定时器计时此半周期时间，计时到后取反输出，重复此过程即得到此频率的声音信号。此信号从P1.7脚输出。
定时器T0工作在定时方式1，改变TH0及TL0，产生不同的音频频率。必须考虑到中断响应时间的影响，尤其在高音部分，若忽略中断响应时间，会使音频频率比标准值低几十Hz，相当于1/4音程，很容易听出来，对低音部分影响不大。一般中断响应时间为3～6个机器周期，经过反复试验取5个机器周期作为校正最为恰当，表1中所给的定时初值就是考虑中断响应后的定时常数。另外，为避免T1中断可能引起杂音，应将定时器T0中断设为高优先级。这样编写出来的程序播放的音与标准音叉进行差频校音，非常准确和谐。每个音符使用两个字节。低位字节（偶地址）代表音级，00H表示不发音（休止符），01H～30H依次表示的音级为c、﹟c、d、﹟d、e、f、……a3、﹟a3、b3 ，详见表1。高位字节（奇地址）代表音符的时值（拍数），00H～0FH依次表示拍数为1/8拍（0.10s）～8拍（6.40s），见表2。乐曲的结束标志是两个字节：00H，0FH。
定时器T1工作在定时方式1，定时时间为0.10s左右，作为音符节拍的最小时间单位，即1/8拍，该时间要求不必很准确，该时间越短，音乐播放节奏就越快。时间取0.10s时，定时常数取为3CB0H。即TH1=3CH，TL1=0B0H。其它的音符节拍都是1/8拍的整数倍，借助软件计数，允许中断的次数就是倍数。例如，要得到1拍的延时，只要中断8次即可。
要编写的乐谱按要求以音符字节数据表的形式存放在程序中，改变乐曲就是通过改变该数据表的内容来实现的。
主程序的任务是按顺序读取数据表中的字节，根据情况调用音级子程序和音长子程序，启动定时器T0；根据定时器T1应中断的次数，启动定时器T1。数据表读完后，根据所设置的循环演奏次数决定是否结束程序。音级子程序的任务是取出字节中的音级部分，分析TH0和TL0中应送入何值，送给寄存器R3、R2。音长子程序的任务是取出字节中的音长部分，分析确定定时器T1应中断的次数，次数送寄存器R4中，同时启动定时器T1，直到完成所需拍数。
定时器T0的中断服务程序任务是取反P1.7输出产生方波，重新为TH0，TL0送初值。
定时器T1的中断服务程序任务是：判断节拍数完成否，关闭定时器T0、T1中断。
当乐曲较长时（超过254个字节），数据表指针溢出，应及时修改基址
寄存器DPTR内容，即数据表的表头指针。
例如，C=1时音节： 6 －用音符（包含音级和音长）字节表示就为：11H,02H,14H,01H,16H,01H,19H,02H,16H,02H,16H,08H,16H,0AH,00H,04H。其中11H,02H中的11H表示音3(mi)，02H表示节拍为半拍。
本次设计中单片机晶振为12MHZ，那么定时器的计数周期为1MHZ，假如选择工作方式1，那T值便为T= 216--5﹡105/相应的频率 ，那么根据不同的频率计算出应该赋给定时器的计数值，列出不同音符与单片机计数T0相关的计数值如下表所示：
表1 各音的频率、定时初值、字节字符
音级/1=C 频率(Hz) 定时初值 字节字符 音级/1=C 频率(Hz) 定时初值 字节字符
c / 1 130.81 F88E 01H c2 / 523.25 FE27 19H
﹟c 138.59 F8F9 02H ﹟c2 554.37 FE42 1AH
d / 2 146.83 F95E 03H d2 / 587.33 FE5B 1BH
﹟d 155.56 F9BE 04H d2 622.25 FE73 1CH
e / 3 164.81 FA18 05H e2 / 659.26 FE8A 1DH
f / 4 174.61 FA6D 06H f2 / 698.46 FE9F 1EH
﹟f 185.00 FABE 07H ﹟f2 739.99 FEB3 1FH
g / 5 196.00 FB09 08H g2 / 783.99 FEC6 20H
﹟g 207.65 FB51 09H ﹟g2 830.61 FED8 21H
a / 6 220.00 FB95 0AH a2 / 880.00 FEE9 22H
﹟a 233.08 FBD4 0BH a2 932.33 FEF9 23H
b / 7 246.94 FC11 0CH b2 / 987.77 FF08 24H
c1 / 1 261.63 FC49 0DH c3 / 1046.5 FF16 25H
﹟c1 277.18 FC7F 0EH ﹟c3 1108.7 FF24 26H
d1 / 2 293.66 FCB2 0FH d3 / 1174.7 FF30 27H
﹟d1 311.13 FCE1 10H ﹟d3 1244.5 FF3C 28H
e1 / 3 329.63 FD0F 11H e3 / 1318.5 FF47 29H
f1 / 4 349.23 FD39 12H f3 / 1396.9 FF52 2AH
﹟f1 369.99 FD61 13H ﹟f3 1480.0 FF5C 2BH
g1 / 5 392.00 FD87 14H g3 / 1568.0 FF66 2CH
﹟g1 415.30 FDAB 15H ﹟g3 1661.2 FF6F 2DH
a1 / 6 440.00 FDCD 16H a3 / 1760.0 FF77 2EH
﹟a1 466.16 FDED 17H ﹟a3 1864.7 FF7F 2FH
b1 / 7 493.88 FE0B 18H b3 / 1975.5 FF86 30H播放方法：
P1.7输出的音频信号不能直接驱动普通喇叭，可驱动高阻抗耳机发声或者有源音箱发音。也可自制音频放大电路驱动喇叭发音。747
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