【正文】 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 4 第三章 方案實(shí)現(xiàn) 、 音頻脈沖的產(chǎn)生 對(duì)于音樂(lè)盒而言發(fā)出悅耳的音樂(lè)是其最主要的功能，那么對(duì)于使用單片機(jī)來(lái)制作出來(lái)的音樂(lè)盒怎么實(shí)現(xiàn)音符的發(fā)聲呢？ 通過(guò)查看資料我們知道音符的發(fā)音主要靠不同的音頻脈沖。利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0，使其工作在模式 1，定時(shí)中斷，然后控制引腳的輸出音樂(lè)（本實(shí)驗(yàn)采用 做為輸出引腳）。只要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），然后將此周期除以 2，即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的 I/O 反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì) I/O 反相，就可在 I/O 腳上得到此頻率的 脈沖。 具體做法如下所示（以中音 DO 為例）： 例如：中音 1（ DO） 的音頻 = 523HZ,周期 T=1/523s=1912 s? 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0的定時(shí)時(shí)間為： T/2=1912/2 s? =956 s? 定時(shí)器 956 s? 的計(jì)數(shù)值 =定時(shí)時(shí)間 /機(jī)器周期 =956 s? /1 s? =956(時(shí)鐘頻率=12MHZ) 裝入 T0計(jì)數(shù)器初值為 65536956=64580 將 64580 裝入 T0寄存器中，啟動(dòng) T0 工作后，每計(jì)數(shù) 956 次時(shí)將產(chǎn)生溢出中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)時(shí)，每次對(duì) 引腳的輸出值進(jìn)行取反，就可得到中音 DO（ 523HZ） 的音符音頻。將 51 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器工作在計(jì)數(shù)器模式 1 下 ，改變計(jì)數(shù)初值 TH0,TL0 以產(chǎn)生不同的頻率。下表 31是 C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)初值 T的對(duì)照表： 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 5 表 31 C 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)初值 T 的對(duì)照表 音符 頻率（ Hz） /初值 ( s? ) 音符 頻率（ Hz） /初值 ( s? ) 低 1DO 262/63627 中 1DO 523/64580 高 1DO 1042/65056 低 2RE 294/63835 中 2RE 589/64687 高 2RE 1245/65134 低 3M 330/64021 中 3M 661/64780 高 3M 1318/65157 低 4FA 350/64107 中 4FA 700/64822 高 4FA 1397/65178 低 5SO 393/64264 中 5SO 786/64900 高 5SO 1568/65217 低 6LA 441/64402 中 6LA 882/64969 高 6LA 1760/65252 低 7SI 495/64526 中 7SI 990/65031 高 7SI 1967/65282 ．音樂(lè)節(jié)拍的生成 要唱出一首歌，只產(chǎn)生出音頻脈沖還不夠，還要考慮節(jié)拍。 定義：每個(gè)音符占用一個(gè)字節(jié)，字節(jié)的高 4 位代表音符的高低，低 4 位表示該音符的節(jié)拍，如果一拍為 秒，則 1/4 拍是 秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可獲得節(jié)拍的時(shí)間。我們也可以設(shè) 1/4 拍為 1 個(gè) DELAY,則 1 拍應(yīng)該是 4 個(gè) DELAY，只要求得 1/4 拍的 DELAY 時(shí)間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)。（見(jiàn)表 32） 表 32 節(jié)拍數(shù) 1/4 節(jié)拍 2/4 節(jié)拍 3/4 節(jié)拍 1 拍 1 又 1/4 拍 節(jié)拍碼 1 2 3 4 5 節(jié)拍數(shù) 1 又 1/2 拍 2 拍 2 又 1/2 拍 3 拍 3 又 3/4 拍 節(jié)拍碼 6 8 A C F 先把譜的音符找出，然后由上表建立時(shí)間常數(shù)初值 T 的順序表，標(biāo)號(hào)為數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 6 TABLE1。 建立音符和節(jié)拍表，標(biāo)號(hào)為 TABLE，將構(gòu)成發(fā)音符的計(jì)數(shù)值放在其中。 TABLE 表的結(jié)構(gòu)為：簡(jiǎn)譜碼（代表音符）為高 4 位，節(jié)拍碼（表示節(jié)拍數(shù)）為低 4 位，在唱歌程序中對(duì)每一個(gè)有節(jié)拍的音符能通過(guò)設(shè)計(jì)共同生成音符節(jié)拍碼，本程序的音符節(jié)拍碼表見(jiàn)表 32。 第四章 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路 本設(shè)計(jì)中用到了 89C51 單片機(jī)， 其引腳圖如右圖 411 所示，矩陣式 鍵盤 模塊 ，蜂鳴器， 16*2 LCD， 揚(yáng)聲器、 LED 數(shù)碼管 顯示器等 。 （ 數(shù)字音樂(lè)盒總硬件圖如附錄一所示） 、 AT89C51 的工作特性 ?內(nèi)含 4KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器檫寫次數(shù) 1000 次； ?內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； 圖 411 89C51 引腳圖 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 7 ?具有 32根可編程 I/O 線； ?具有 2個(gè) 16位編程定時(shí)器 ?具有 6個(gè)中斷源， 5個(gè)中斷矢量， 2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中 斷 結(jié)構(gòu)； ?具有 1個(gè)全雙工的可編程串行通信接口； ?具有 1個(gè)數(shù)據(jù)指針 DPTR； ?具有可編程 3 級(jí)程序鎖定位； ?AT89C51 的工作電源為 5（ 1177。 ） V 且典型值為 5V； ?AT89C51 最高工作頻率為 24MHZ； ?AT89C51 的編程頻率為 3~24MHZ，編程啟動(dòng)電流和啟動(dòng)電壓 分別為 1mA、 5 或 12V。 原理說(shuō)明 當(dāng)鍵盤有鍵按下時(shí)，判斷鍵值，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 T0，產(chǎn)生一定頻率的脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，放出樂(lè)曲。同 時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T1,顯示歌曲號(hào)。 （ 1） 硬件電路中用 0INT 、 1INT 分別接 S S2 作為上、下一曲的功能鍵 （ 2） 用 控制七段碼 a,b,c,d,e,f。 （ 3） 用 口控制喇叭。 （ 4） 電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起振電路中 C1,C2 均為 30pf。 電路各模塊說(shuō)明 鍵盤系統(tǒng) 鍵盤模塊采用 4*4按鍵模式（ S1S16），接在單片機(jī)的 P1口上。 鍵盤系統(tǒng)的鏈接電路圖如圖 431 所示： 當(dāng)用手按下一個(gè)鍵時(shí)，往往按鍵在閉合位置和斷開(kāi)位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合狀態(tài)的情況；在釋放一個(gè)鍵時(shí)，也回會(huì)出現(xiàn)類似的情況。這就是抖動(dòng)。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間隨鍵盤材料和操作員而異，不過(guò)通?？偸遣淮笥?10ms。很容易想到，抖動(dòng)問(wèn)題不解決就會(huì)引起對(duì)閉合鍵的識(shí)別。用軟件方法可以很容易地解決抖動(dòng)問(wèn)題，這就是通過(guò)延遲 10ms 來(lái)等待抖動(dòng)消失，這之后，在讀入鍵盤碼。具體編碼如下所示： 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 8 MAI: CLR TR0 ； 關(guān)閉上一次定時(shí) ， 進(jìn)入下一次按鍵判斷 MOV TMOD, 01H MOV IE, 82H MOV A, P1 MOV 30H, A ； 保存鍵盤狀態(tài)值 LCALL D10MS ； 延遲 10ms 消除抖動(dòng) MOV A , P1 ； 再讀鍵盤狀態(tài) CJNE A, 30H, MAI ； 兩次結(jié)果不同 ， 是抖動(dòng)引起 ， 轉(zhuǎn) MAI 放大電路 放大電路的分析如下所示，其電路圖如圖 432 所示 ： 此部分的放大電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎靡粋€(gè)小功率 PNP 型硅管 2905，利用“分壓 偏置式工作點(diǎn)穩(wěn)定直流通路”，達(dá)到了對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。分壓電阻分別選擇 1K 和 。蜂鳴器一端接 +5V 電壓，一端接晶體管的發(fā)射極。由 輸出預(yù)定的方波，加到晶體管進(jìn)行放大，再輸出到嗡寧器，很好的實(shí)現(xiàn)了頻率、聲音的轉(zhuǎn)換。 圖 431 鍵盤模塊電路圖 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 9 時(shí)鐘電路 此系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部方式，即是利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。MCS51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。 。 以此系統(tǒng)電路采用12MHz 的晶振 ，起振電路中 C1,C2 均為 30pf。時(shí)鐘電路模塊電路圖如圖 433所示。 復(fù)位電路 51 單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩脈沖周期（即二個(gè)機(jī)器周期）以上。一般有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路圖如圖 434所示。 圖 432 放大電路模塊電路圖 圖 433 晶振電路模塊電路圖 數(shù)字音樂(lè)盒的設(shè)計(jì) 10 上電復(fù)位上電時(shí)，利用電容 C1 的充電延時(shí)特性，一開(kāi)始， +5V 電壓全部降落在電阻 R6上，高電平輸 入 RST腳，單片機(jī)復(fù)位操作，當(dāng)電容 C1充電接近結(jié)束時(shí)，電阻 R6電壓趨于 0， RST 腳輸入低電平，結(jié)束復(fù)位操作。 手動(dòng)復(fù)位在系統(tǒng)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤或程序運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)使用。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，按下復(fù)位鍵 K0，高電平輸入 RST 腳，單片機(jī)被強(qiáng)制執(zhí)行復(fù)位操作，系統(tǒng)可退出錯(cuò)誤運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)正常工作。 顯示電路 顯示電路采用