【文章內容簡介】 碼管顯示模塊電路原理圖 音樂播放設計 一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率?？梢岳貌煌念l率的組合，來構成所想要的音樂，而對于單片機來說，產(chǎn)生不同的頻率則非常方便。在獲得所需要的音拍時，可以利用單片機的定時 /計數(shù)器 T0 來產(chǎn)生這樣方波頻率信號，所以我們只要把一首歌曲的音階所對應頻率關系弄正確即可。 若要產(chǎn)生音頻脈沖，則 需要算出某一音頻的周期（ 1/頻率），半周期的時間為周期除以 2。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將 P3^7 反相，然后重復計時再反相。就可在 P3^7 引腳上得到此頻率的脈沖。利用 AT89S51 的內部定時器使其工作計數(shù)器模式（即 MODE1）下，改變計數(shù)值 TH0 及 TL0 以產(chǎn)生不同頻率的方法來產(chǎn)生不同音階。 計數(shù)脈沖值與頻率： N＝ fi247。 2247。 fr。 在式中 ,N 是計數(shù)值； fi 是機器頻率； fr 是想要產(chǎn)生的頻率。 計數(shù)初值 T 的求法： T＝ 65536－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr 例如：設 K＝ 65536， fi＝ 1MHz，求低音 DO（ 261Hz）、中音 DO（ 523Hz）、高音 DO（ 1046Hz）的計數(shù)值。 T＝ 65541－ N＝ 65536－ fi247。 2247。 fr＝ 65536－ 1000000247。 2247。 fr＝ 65536－500000/fr 低音 DO： T＝ 65536 － 500000/262＝ 63628 中音 DO： T＝ 65536－ 500000/523＝ 64580 高音 DO： T＝ 65536－ 500000/1046＝ 65058 13 音頻模塊電路原理圖 單片機接受到彈奏者的指示，通過喇叭播放出來。 樂音聽起來有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動頻率的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低，聲音就低，不同音調的樂音是用 C、 D、 E、F、 G、 A、 B表示的，這 7個字母就是樂音的音名，它們一般依次唱成 DO、 RE、MI、 FA、 SO、 LA、 SI，這是唱曲時樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 音持續(xù)時間的長短即時值，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，而每個音符對應著不同的頻率，這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對應的延時，構成音樂。 音樂的播放要進行音符的識別和準確調用 ，音符的自然頻率是固定的，我們可以根據(jù)自然頻率計算出其半周期，由此計算出單片機在 12MHz 下的定時初值。因此可以設置低音 do到超高音 do的定時初值表程序段如下： unsigned int code tab[]= //音符初值表低音 1———— 超高音 1 { 63627,63835,64021,64103, //低音 1 2 3 4 64260,64400,64524,64580,//低音 5 6 7 中音 1 64684,64777,64820,64898,//中音 2 3 4 5 64968,65030,65058,65110,//中音 6 7 高音 1 2 65157,65178,65217,65252,//高音 3 4 5 6 65283,65297 //高音 7 超高音 1 }。 在音樂的播放中節(jié)拍的控制由延時控制來實現(xiàn)： void delay(unsigned char t) //延時函數(shù)，控制發(fā)音的時間長度 { unsigned char t1。 unsigned long t2。 for(t1 = 0。 t1 t。 t1++) //雙重循環(huán) , 共延時 t 個半拍 for(t2 = 0。 t2 8000。 t2++)。 TR1 = 0。 //關閉 T1, 停止發(fā)音 } 節(jié)拍的長短由設定的數(shù)值來實現(xiàn)，此處設定 1代表 16分音符， 2代表 8分音符， 3代表 4 分音符， 4代表 2分音符，音樂的設置如下： code unsigned char mid[] = 簡譜 { 6,2,2,6,2,1,6,2,1,1,3,2,2,3,1,6,2,1,5,2,4,5,2,0, 14 5,2,2,5,2,1,5,2,1,6,2,2,1,3,1,2,3,1,3,2,4,3,2,0, 3,2,2,2,2,1,3,2,1,5,2,2,3,2,1,5,2,1,6,2,3,1,3,1,2,3,3, 3,3,2,1,3,2,2,3,1,3,3,1,2,3,1,1,3,1,6,2,2,5,2,4,5,2,0, 5,2,1,1,3,1,5,2,1,1,3,1,2,3,4,6,2,1,1,3,1,5,2,1,2,2,1,3,2,4,3,2,0, 3,2,2,6,2,1,1,3,1,5,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,2,2,3, 3,2,1,2,2,1,1,2,1,2,2,1,3,2,1,1,2,1,2,2,4,0,0,0, }。 讀出的每個音符由三個數(shù)字構成，第一個數(shù)字代表音符；第二個數(shù)字代表音高，默認 1 代表低八度， 2 代表中八度， 3 代表高八度；第三個數(shù)代表節(jié)拍，此處用 1代表 16 分音符， 2代表 8 分音符， 3代表 4 分音符， 4代表 2分音符，而0用來表示停頓，以區(qū)分連音。 音樂播放函數(shù)的定義需要一個定時器中斷，而這個中斷與鍵盤掃描部分不能用一個中斷，故設中斷 1，工作方式 1： void song() //演奏一個音符函數(shù) { TH1 = timerh。 //控制音調 TL1 = timerl。 TR1 = 1。 //啟動 T1, 由 T1 輸出方波去發(fā)音 delay(time)。 //控制時間長度 } 音符掃描并播放函數(shù)段如下： while(mid[i]!=0) //只要有音符，就持續(xù)執(zhí)行 { k = mid[i] + 7 * (mid[i + 1]1) 1。//第 i個是音符 , 第 i+1 個是第幾個八度 timerh = tab[k]/256。 //從數(shù)據(jù)表 中讀出定時器計數(shù)值 timerl = tab[k]%256。 //計數(shù)值低位 time = mid[i + 2]。 //讀出時間長度數(shù)值 i += 3。 //每隔三個數(shù)讀一個音符 if(mid[i+2]== 0 ) //設置發(fā)音時長為 0時停頓 { delay10ms()。 } song()。 //發(fā)出一個音符 15 } 在音樂播放完畢之后，自動跳出該程序段，進入按鍵掃描程序段。 LS1SPEAKER 圖 29音頻播放器電路原理圖 二極管顯示模塊 通過兩個二極管來確定當前是處于彈奏模式還是播放模式，當單片機處于彈奏時， LED1 燈亮，當單片機處于演奏時， LED2 燈亮。 二極管的工作原理：發(fā)光二極管通常稱為 LED，它們雖然名不見經(jīng)傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數(shù)十種不同的工作，并且在各種設備中都能找到它們的身影。 它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘表表盤上的數(shù)字，從遙控器傳輸信息，為手表表盤照明并在設備開啟時向您發(fā)出提示。 如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點亮交通信號燈。 實質上， LED 是一種容易裝配到電子電路中的微型燈泡。它們能夠發(fā)光，是半導體材料內的電子運動的結果，而且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。 二極管是最簡單的一種半導體設備。廣義的半導體是指那些具有可變導電能力的材料。大多數(shù)半導體是由不良導體摻入雜質（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質的過程稱為摻雜。 就 LED 而言，典型的導體材料為砷化鋁鎵。 在純凈的砷化鋁鎵中，每個原子與相鄰的原子聯(lián)結完好，沒有多 余的自由電子（帶負電荷的粒子）來傳導電流。而材料經(jīng)摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內或是產(chǎn)生了自由電子，或是產(chǎn)生了可供電子移動的空穴。無論是自由電子數(shù)目的增多還是空穴數(shù)目的增多，都會增強材料的導電性。 具有多余電子的半導體稱為 N型材料，因其含有多余的帶負電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負電荷的區(qū)域移往帶正電荷的區(qū)域。 半導體中擁有多余空穴的半導體稱為 P型半導體，由于空穴的濃度將比電子的濃度高的多，因而主要依靠空穴導電，故稱為空穴半導體或 P型半導體。 一個二 極管由一段 P型材料同一段 N 型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結構只能沿一個方向傳導電流，這就是半導體的單向導電性。當二極管兩端不 16 加電壓時， N 型材料中的電子會沿著層間的 PN 結 (junction)運動，去填充 P 型材料中的空穴，并形成一個耗盡層。在耗盡層內，半導體材料回到它原來的絕緣態(tài)—— 即所有的空穴都被填充，因而耗盡區(qū)內既沒有自由電子，也沒有供電子移動的空間，所以不能導電。 要使耗盡層消失，必須使電子從 N 型區(qū)域移往 P 型區(qū)域，同時空穴沿相反的方向移動。因此，可以將二極管 N端與電路的負極相連，同時 P 端與 正極相連。P型材料中的空穴被正極排斥，又被負極吸引；而 N型材料中的自由電子會沿反方向移動。而當兩電極之間的電壓足夠高，耗盡層內的電子會被推出空穴，獲得自由移動的能力。隨著耗盡層消失，電荷就可以通過二極管。如果試圖讓電流沿反方向流動，電流將不會流過 PN 結，此時半導體處于絕緣狀態(tài)。 P 型材料中帶正電的空穴則會被吸引到負極上， N 型材料中帶負電的電子會被吸引到正極上。由于空穴與電子各自沿著錯誤的方向運動， PN 結將不會有電流通過，耗盡層也會擴大。 在這種情形下，空穴同電子之間的相互作用會產(chǎn)生一個副作用 —— 發(fā)光 !光是一種能量形式，可由原子釋出。光由一些具有能量和動量但無質量的類粒子束組成。這些粒子稱為光子，是光的最基本單位。 電子的躍遷會釋放出光子。在原子結構中，電子在原子核周圍的軌道中運動。電子在不同的軌道中具有不同的能量值。通常，能量更高的電子在離原子核更遠的軌道中運動。 為了讓電子能夠從低能軌道躍遷至高能軌道，就必須提高它的能級。反過來，電子從高能軌道跌落至低能軌道時則會釋出能量。這種能量就以光子的形式得到釋放。能量差約大，釋出的光子能量就越大，繼而表現(xiàn)為更高的頻率。 自由電子通過二極管時會陷 入 P 型層中的空穴。這一過程涉及電子從傳導帶到低軌道的跌落，因而電子會以光子的形式釋放出能量。這種情況在所有的二極管中都會發(fā)生，但只有當二極管由某些特定材料制成時，您才能看到光子。 17 D1L E D B L U ED2L E D B L U E 圖 210二極管顯示模塊電路原理圖 鍵盤控制單片機模式模塊 利用兩個鍵盤來控制單片機是彈奏還是演唱。當按下 K1 鍵，處于彈奏模式，當按下 K2 鍵，處于演唱模式。 3 仿真模型構建 本軟件設計關鍵是要實現(xiàn)一種由單片機控制的多功能音樂播放器，它由 16個音節(jié)組成的的鍵盤，用戶可以根據(jù) 樂譜在鍵盤上進行演奏，音樂發(fā)生器會根據(jù)用戶的彈奏，通過揚聲器將音樂播放出來；而且也可以演唱預存的音樂。 如何用單片機實現(xiàn)音樂的節(jié)拍 除了音符以外，節(jié)拍也是音樂的關鍵組成部分。 節(jié)拍實際上就是音持續(xù)時間的長短，在單片機系統(tǒng)中可以用延時來實現(xiàn)，如果 1/4 拍的延時是 秒，則 1拍的延時是 秒，只要知道 1/4 拍的延時時間，其余的節(jié)拍延時時間就是它的陪數(shù)。如果要單片年紀播放音樂，那么必須要在設計程序當中考慮到節(jié)拍的設置，由于本設計實現(xiàn)的音樂發(fā)生器是由用戶彈奏樂曲的，所以節(jié)拍由用戶掌握，不由程序控制。 對于不 同的曲調我們也可以用單片機的另外一個定時 /計數(shù)器來完成。音樂的音拍，一個節(jié)拍為單位（ C調） 具體如下表： 表 音樂節(jié)拍表 曲調值 DELAY 曲調值 DELAY 18 調 4/4 調 3/4 調 2/4 125ms 187ms 250ms 調 4/4 調 3/4 調 2/4 62ms 94ms 125ms 如何用單片機產(chǎn)生音頻脈沖 了解音樂的一些基本知識后可知，產(chǎn)生不同頻率的音頻脈沖即能產(chǎn)生音樂，對于單片機而言，產(chǎn)生不同頻率有脈沖非常方便，可以利用它的定時 /計數(shù)器來產(chǎn)生這樣的方波頻率信號，因此，需要弄清楚音樂 中的音符和對應的頻率，以及單片機定時計數(shù)的關系。 在本實驗中，單片機工作于 12MHZ 時鐘頻率，使用其定時 /計數(shù)器 T0，工作模式為 1，改變計數(shù)值 TH0 和 TL0 可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號，在此情況下，C調的各音符頻率與計數(shù)值 T的對照如下表： 表 T的對照表 音符 頻率（ HZ） 計數(shù)值（ T值） 音符 頻率（ H