单片机音乐演奏控制器设计

模块三　单片机音乐演奏控制器设计

一、知识点

MCS-51单片机内部定时/计数器的定时中断，单片机音乐演奏的原理。

二、知识点分析

定时/计数器是单片机非常重要的功能部件，其定时中断功能可以实现一定时长的定时，适用于多种应用场合。

声音是由物体振动而产生，振动的频率不同，发出的声音也就不同；有规律的振动发出的声音叫“乐音”。乐谱中的每一个音符都与某一特定频率相对应。

单片机音乐演奏控制器是通过控制单片机内部定时器的定时时间来产生不同频率的方波，经放大后驱动扬声器发出不同音节的声音；利用软件延时来控制发音时间的长短，从而控制节拍。把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中，由程序查表得到定时常数和延时常数，控制定时器产生相应的方波频率和该频率方波的持续时间。当延时常数确定的延时时间到时，再查下一个音符的定时常数和延时常数，依次进行下去，就可演奏悦耳动听的乐曲了。

三、实践训练

1）设计要求

以MCS-51单片机为控制核心，设计一个单曲音乐演奏系统。要求能够用简捷的扬声器电路演奏乐曲“生日快乐”，并且在乐曲播放的同时实现不同频率的LED指示灯闪烁。

2）方案论证

由于MCS-51单片机内部含有2个16位定时/计数器，因此选用51系列单片机作为控制核心。依据单片机乐曲演奏的原理，辅以必要的外围发声电路，并通过灵活的编程，即可实现单片机音乐演奏。图4.7为单片机音乐演奏控制系统设计方案的硬件电路框图。

图4.7　单片机音乐演奏控制系统硬件电路设计框图

3）系统硬件电路设计

单片机音乐演奏控制系统硬件电路设计如图4.8所示，P1口驱动8个LED发光二极管，P3.5通过晶体三极管连接扬声器。

图4.8　单片机音乐演奏控制系统电路原理图

4）系统程序设计

设定单片机晶振频率为12MHz，C调时各音符频率及其相应的定时常数之间的关系见表4.2；节拍与时间的对应关系见表4.3。

表4.2　C调时各音符频率及其相应的定时常数对应关系

续表4.2

表4.3　节拍与时间的对应关系

（1）流程图

单片机音乐演奏控制程序流程如图4.9所示。

（2）参考程序

图4.9　单片机音乐演奏控制程序流程图

5）思考题

（1）如何将音乐的节拍设定得更为准确一些？

（2）总结实践训练过程中所遇到的问题及解决的办法。