【導讀】單片機存儲音樂，控制播放，彈奏樂曲更為廣泛。它有功能多﹑價格優(yōu)﹑外圍電路簡單。的經濟投入范圍之內。利用單片機發(fā)聲鍵盤操作直觀簡單。對于初學者來說，是很容易。本設計為基于單片機的音樂演奏系統(tǒng)，設計出一種不僅要使單片機可以播放音。樂關鍵在于還有能夠彈奏自己想彈奏的音樂。最終能夠實現樂曲演奏和自動播放音樂，并且可以通過LED數碼管顯示音符和音

　　

【正文】 合鍵，為此需要提供兩個可編程的雙向輸入 /輸出端口。 （ 3） 鍵碼產生 ：為了從鍵的行列坐標編碼得到反映鍵功能的鍵碼，可以通過軟件對行列進行計算來實現。 沈陽理工大學學士學位論文 21 顯示電路 74HC595 串入并出移位寄存器 74HC595 的介紹 74HC595 是硅結構的 CMOS 器件， 兼容低電壓 TTL 電路，遵守 JEDEC 標準。74HC595 是具有 8 位 移位寄存器 和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。 數據在 SHcp 的上升沿輸入到移位寄存器中，在 STcp 的上升沿輸入到存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds），和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能 OE 時（為低電平），存儲寄存器的 數據輸出到總線。 8 位串行輸入 /輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關斷狀態(tài)。三態(tài)。將串行輸入的 8 位數字，轉變?yōu)椴⑿休敵龅?8 位數字，例如控制一個8 位數碼管，將不會有閃爍 [7]。 特點及輸出能力 （ 1） 特點 ： 8 位串行輸入 /8 位串行或并行輸出 存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài) 輸出寄存器（三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。）可以直接清除 100MHz 的移位頻率 （ 2） 輸出能力 ： 并行輸出，總線驅動； 串行輸出；標準中等規(guī)模集成電路 595 移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds）， 和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能 OE 時（為低電平），存儲寄存器的數據輸出到總線。 （ 3） 引腳說明： Q0…Q7 第 15 腳， 1， 7 并行數據輸出 GND 第 8 腳 地 Q7’ 第 9 腳 串行數據輸出 MR 第 10 腳 主復位（低電平） SHCP 第 11 腳 移位寄存器時鐘輸入 STCP 第 12 腳 存儲寄存器時鐘輸入 沈陽理工大學學士學位論文 22 OE 第 13 腳 輸出有效（低電平） DS 第 14 腳 串行數據輸入 VCC 第 16 腳 電源 LED8 段數碼管 LED 數碼管實際上是由七個發(fā)光二極管組成 8 字形構成的，加上小數點是 8 個。 如圖 所示 這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成不同的數字樣了。如：顯示一個 “3”字，那么應當是 a 亮 b亮 g 亮 c 亮 d 亮 e 不亮 f 不亮 dp 不亮。小尺寸數碼管的顯示常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為 ，電流不超過 30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管 [8]。 agdefbcdpa7b6c4d2e1f9GND3GND8g10dp5 圖 LED7段數碼管 LED 數碼管的結構和工作原理： led 數碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。 led 數碼管常用段數一般為 7 段有的另加一個小數點 。 位數有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 數碼管根據 LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖 2 是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。 led 數碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 LED 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我沈陽理工大學學士學位論文 23 們要的數位，因此根據 LED 數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅動： 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 埠進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 十進位 *器 *進 行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 埠多，如驅動 5 個數碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 口來驅動，要知道一個 89S52 單片機可用的 I/O 口才 32 個呢。故實際應用時必須增加驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出 字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個 LED 數碼管的 COM 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位元數碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯 示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 口，而且功耗更低。 顯示電路 本設計的顯示電路由兩個 74HC595 串入并出移位寄存器和 4 位 8 段 LED 數碼管共同組成。 為了節(jié)省 I/O 接口，本設計加入了 2 個 74HC595 移位寄存器，如圖 一個是控制位選一個是控制段選。位選是選擇用哪個 LED 燈，段選是顯示亮的數字。 工作時，信號由單片機 ， ， 輸入寄存器。信號在寄存器中鎖存之后一起并行輸出給 LED 數碼管。如圖 所示 沈陽理工大學學士學位論文 24 圖 74HC595 沈陽理工大學學士學位論文 25 5 系統(tǒng)軟件設計 軟件開發(fā)環(huán)境 keil uvision 介紹 Keil uvision 是 德國 Keil Software 公司生產的 51 系列兼容 單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) C 語言 的語法來開發(fā)，和 匯編 語言 相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而容易掌握 ,而且很大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期，它還能嵌入匯編，也可以在關鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 KEILC51 標準 C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C 語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點。 C51 編譯器的功能不斷增強， 使你可以更加貼近 CPU本身，及其它的衍生產品。 C51 已被完全集成到 keil uvision 的集成開發(fā)環(huán)境中，此集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調試器。 uvision IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 本設計使用的是 keil uvision3 軟件來編程 。 keil uvision 的功能特點 Keil C51 軟件提供豐富的 庫函數 和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows界面，用戶能輕松的學會并使用 keil C51 來開發(fā)單片機應用程序。 操作簡單，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能感受到 Keil C51 生成的目標代碼效率高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢 [9]。 沈陽理工大學學士學位論文 26 流程圖 主程序流程圖： 圖 主流程圖 開始 初始化 演奏與播放轉換 CHANGE=1? 獲取按鍵值 音樂彈奏 音樂自動演奏 設置 TO 和 T1啟動 否 是 沈陽理工大學學士學位論文 27 子流程圖 ： 圖 子流程圖 揚聲器發(fā)聲原理 單片機產生不同 頻率脈沖信號的原理 要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（ 1/頻率），然后將此周期除以 2，即為半周期的時間，利用定時器計時這個半周期的時間，每當計時到后就將輸出脈沖的I/O 反相，然后重復計時此半周期的時間再對 I/O 反相，就可以在 I/O 腳上得到此頻率的脈沖。 利用 8051 的內部定時器使其工作在計數器模式 MODE1 下，改變計數值 TH0及 TL0 以產生不同頻率的方法如下： 例如，頻率為 523Hz，其周期 523 HZ=1912uS，因此只要令計數器計時956uS/1us=956，在每計數 956 次時就將 I/O 反接 ，就可得到中音 DO（ 532Hz）。 計數脈沖值與頻率的關系公式如下： N=Fi/2/Fr （ N：計數值， Fi：內部計時一次為 1uS，故其頻率為 1MHz， Fr：要產生的頻率 ） 重設定時器 重設定時器 反相產生輸出脈沖 對按鍵進行去抖等操作 結束 結束 定時器 T0服務子程序 定時器 T1 服務子程序 沈陽理工大學學士學位論文 28 其計數值的求法如下： T=65536N=65536Fi/2/Fr 單片機產生不同音調的程序設計 對單片機內部 T0 定時 \計數器設置中斷，通過對數組查詢的方式經過 口對音頻放大器發(fā)送信號，產生不同頻率的脈沖，實現揚聲器音樂演奏。程序設計如下： 根據不同的音調頻率設置不同的 T0 計數器計數的次數 //以下是 C 調 低音的音頻宏定義 define L1 262 //將 “l(fā)_dao”宏定義為低音 “1”的頻率 262Hz define L2 286 //將 “l(fā)_re”宏定義為低音 “2”的頻率 286Hz define L3 311 //將 “l(fā)_mi”宏定義為低音 “3”的頻率 311Hz define L4 349 //將 “l(fā)_fa”宏定義為低音 “4”的頻率 349Hz define L5 392 //將 “l(fā)_sao”宏定義為低音 “5”的頻率 392Hz define L6 440 //將 “l(fā)_a”宏定義為低音 “6”的頻率 440Hz define L7 494 //將 “l(fā)_xi”宏定義為低音 “7”的頻率 494Hz //以下是 C 調中音的音頻宏定義 define M1 523 //將 “dao”宏定義為中音 “1”的頻率 523Hz define M2 587 //將 “re”宏定義為中音 “2”的頻率 587Hz define M3 659 //將 “mi”宏定義為中音 “3”的頻率 659Hz define M4 698 //將 “fa”宏定義 為中音 “4”的頻率 698Hz define M5 784 //將 “sao”宏定義為中音 “5”的頻率 784Hz define M6 880 //將 “l(fā)a”宏定義為中音 “6”的頻率 880Hz define M7 987 //將 “xi”宏定義為中音 “7”的頻率 523H //以下是 C 調高音的音頻宏定義 define H1 1046 //將 “h_dao”宏定義為高音 “1”的頻率 1046Hz define H2 1174 //將 “h_re”宏定義為高音 “2”的頻率 1174Hz define H3 1318 //將 “h_mi”宏定義為高音 “3”的頻率 1318Hz define H4 1396 //將 “h_fa”宏定義為高音 “4”的頻率 1396Hz define H5 1567 //將 “h_sao”宏定義為高音 “5”的頻率 1567Hz define H6 1760 //將 “h_la”宏定義為高音 “6”的頻率 1760Hz 沈陽理工大學學士學位論文 29 define H7 1975 //將 “h_xi”宏定義為高音 “7”的頻率 1975Hz 設置查詢音樂演奏的數組 Uint code music[18] = {10,M1,M2,M3,M4,M5