【文章內(nèi)容簡介】 種高效微控制器， AT89C51 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制 系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖 所示 。 圖 AT89C51 原理圖 LED 顯示電路 本次課程設(shè)計(jì)的顯示電路采用 LED 數(shù)碼管顯示， LED有單個(gè) LED 和八段 LED之分，也有共陰和共陽兩種。本次設(shè)計(jì)采用共陽極。由于 LED 是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。通過單片機(jī)查表得出數(shù)碼管顯示編碼，傳送給數(shù)碼管顯示，以此來實(shí)現(xiàn)按鍵與顯示程序的一致性。 時(shí)鐘振蕩電路 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi) 部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然振蕩器。外接石英晶體及電容 C C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1， C2 雖然沒有什么嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF? 10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF? 10PF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘 。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入X TA L218X TA L119A LE30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /INT 012P 3 .3 /INT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6/W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1023P 2 .3 /A 1124P 2 .4 /A 1225P 2 .5 /A 1326P 2 .6 /A 1427U1A T8 9 C5 1 6 端， XTAL2 則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。振蕩器電路圖如 圖 所示。 按鍵電路 按鍵電路 設(shè)有兩個(gè)按鍵，按鍵 S1 控制音樂盒的選曲，每按一下系統(tǒng)將播放下一首歌曲，全部歌曲播放完會(huì)重新回到第一首歌曲；按鍵 S2 控制音樂盒的暫停與播放 ，兩個(gè)按鍵均設(shè)為高電平有效。 按鍵電路如圖 所示。 復(fù)位電路 為了防止程序運(yùn)行錯(cuò)誤，系統(tǒng)加入了一個(gè)復(fù)位電路，必要時(shí)或者需要程序從頭開始時(shí)，可以按下復(fù)位鍵，使程序從頭開始運(yùn)行。復(fù)位電路如圖 。 硬件電路圖及其功能 總體硬件電路實(shí)現(xiàn)功能如下，如圖 所示 （ 1） 電路中用 、 。 （ 2） ~ LED。 （ 3） 控制蜂鳴器。 （ 4） 電路為 12MHZ 晶振頻率工作，起振電路中 C C2 均為 30PF。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 p FC23 0 p FX1L S 1S O UN D E RC31uF 圖 硬件電路圖 時(shí)鐘振蕩電路 復(fù)位電路 LED 顯示電路 按鍵電路 7 3 軟件 設(shè)計(jì) 程序流程圖 程序流程圖如 圖 所示。 音調(diào)、節(jié)拍以及編碼的確定方法 一般說來，單片機(jī)演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機(jī)奏樂只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長的時(shí)間。 不同音高的樂音是用 C、 D、 E、 F、 G、 A、 B來表示，這 7個(gè)字母就是音樂的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、 MI、 FA、 SO、 LA、 SI,即唱成簡譜的 7，相當(dāng)于漢字“多來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時(shí)樂音的 發(fā)音，所以叫“音調(diào)”，即 Tone。把 C、 D、 E、 F、 G、 A、B這一組音的距離分成 12 個(gè)等份，每一個(gè)等份叫一個(gè)“半音”。兩個(gè)音之間的距離有兩個(gè)“半音”，就叫“全音”。在鋼琴等鍵盤樂器上， C– D、 D– E、F– G、 G– A、 A– B兩音之間隔著一個(gè)黑鍵，他們之間的距離就是全音； E– F、 B– C 兩音之間沒有黑鍵相隔，它們之間的距離就是半音。通常唱成 7 的音叫自然音，那些在它們的左上角加上﹟號(hào)或者 b號(hào)的叫變化音。﹟叫升記號(hào)，表示把音在原來的基礎(chǔ)上升高半音， b叫降記音，表示在原來的基礎(chǔ)上降低半音。例如高 音 DO 的頻率（ 1046Hz）剛好是中音 DO的頻率（ 523Hz）的一倍，中音 DO的頻率（ 523Hz）剛好是低音 DO 頻率（ 266 Hz）的一倍；同樣的，高音RE 的頻率（ 1175Hz）剛好 是中音 RE 的頻率（ 587Hz）的一倍，中音 RE的頻率（ 587Hz）剛好是低音 RE 頻率（ 294 Hz）的一倍。 圖 （ 1） 要產(chǎn)生音頻脈沖，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)這半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就 8 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。 （ 2） 利用 AT89C51 的內(nèi)部定時(shí)器使其工作在計(jì)數(shù)器模式 MODE1 下，改變計(jì)數(shù)值 TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法。 此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼 00H 和 FFH來表示，若查表結(jié)果為 00H，則表示曲子終了；若查表結(jié)果為 FFH，則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。 （ 3） 例如頻率為 523Hz，其周期 T=1/523=1912us，因此只要令計(jì)數(shù) 器計(jì)時(shí)956us/1us=956，在每次技術(shù) 956次時(shí)將 I/O 反相，就可得到中音 DO（ 523Hz）。 計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下： N=Fi? 2? Fr N：計(jì)算值； Fi：內(nèi)部計(jì)時(shí)一次為 1us，故其頻率為 1MHz； （ 4） 其計(jì)數(shù)值的求法如下： T=65536N=65536Fi? 2? Fr 例如：設(shè) K=65536， F=1000000=Fi=1MHz，球低音 DO（ 261Hz）。中音 DO（ 523Hz）。高音的 DO（ 1046Hz）的計(jì)算值 T=65536N=65536Fi? 2? Fr=655361000000? 2? Fr=65536500000/Fr 低音 DO的 T=65536500000/262=63627 低音 DO的 T=65536500000/523=64580 低音 DO的 T=65536500000/1047=65059 （ 5） C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T的對(duì)照表如表 。 表 C 調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)值 T 的對(duì)照表 低音 頻率 T 參數(shù) 中音 頻率 T 參數(shù) 高音 頻率 T 參數(shù) Do 262 1908 229 Do 523 956 115 Do 1046 57 57 Do﹟ 277 1805 217 Do﹟ 554 903 108 Do﹟ 1109 54 54 Re 294 1701 204 Re 587 852 102 Re 1175 51 51 Re﹟ 311 1608 193 Re﹟ 622 804 97 Re﹟ 1245 48 48 Mi 330 1515 182 Mi 659 759 91 Mi 1318 45 45 Fa 349 1433 172 Fa 698 716 86 Fa 1397 43 43 Fa﹟ 370 1351 162 Fa﹟ 740 676 81 Fa﹟ 1480 41 41 So 392 1276 153 So 784 638 77 So 1568 38 38 So﹟ 415 1205 145 So﹟ 831 602 72 So﹟ 1661 36 36 La 440 1136 136 La 880 568 68 La 1760 34 34 La﹟ 464 1078 129 La﹟ 932 536 64 La﹟ 1865 32 32 Si 494 1012 121 Si 988 506 61 Si 1976 30 30 若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的律動(dòng)），而且可以調(diào)節(jié)各個(gè)音的快滿度?！肮?jié)拍 ” ,即 Beat，簡單說就是打拍子， 9 就像我們聽音樂不自主的隨之拍手 或跺腳。若 1拍實(shí) ，則 1/4 拍為 。至于 1拍多少 s，并沒有嚴(yán)格規(guī)定，就像人的心跳一樣，大部分人的心跳是每分鐘 72 下，有些人快一點(diǎn)，有些人慢一點(diǎn)，只要聽的悅耳就好。音持續(xù)時(shí)間的長短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示。休止符表示暫停發(fā)音。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同頻率，這樣就可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。了解音樂的一些基礎(chǔ)知識(shí)，我們可知產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂。對(duì)于單片機(jī)來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生 這樣的方波頻率信號(hào)。因此，需要弄清楚音樂中的音符和對(duì)應(yīng)的頻率，以及單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)的關(guān)系。 表 節(jié)拍與節(jié)拍碼對(duì)照 節(jié)拍碼 節(jié)拍數(shù) 節(jié)拍碼 節(jié)拍數(shù) 1 1/4 拍 1 1/8 拍 2 2/4 拍 2 1/4 拍 3 3/4 拍 3 3/8 拍 4 1 拍 4 2/1 拍 5 1 又 1/4 拍 5 5/8 拍 6 1 又 1/2 拍 6 3/4 拍 8 2 拍 8 1 拍 A 2 又 1/2 拍 A 1 又 1/4 拍 C 3 拍 C 1 又 1/2 拍 F 3 又 3/4 拍 每個(gè)音符使用 1個(gè)字節(jié)，字節(jié)的高 4位代表音符的高低，低 4位代表音符 的節(jié)拍，圖 。如果 1 拍為 秒， 1/4 拍實(shí) 秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。假設(shè) 1/4 拍為 1DELAY，則 1拍應(yīng)為 4DELAY，以此類推。所以只要求得 1/4 拍的 DELAY 時(shí)間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)，如圖 1/4