基于单片机的自动音乐播放器的设计

-1）
式3-2-1中，N是计数值；F1是机器频率（晶体振荡器为12MHZ时，其频率为1MHZ）；F2为想要产生的声音频率。
其计数初值T的求法如下：
T = 65536 –N = 65536 - F1/2/F2   （式3-2-2）
本次设计采用16位定时方式，晶体振荡器频率为6MHZ，根据式3-2-1和式3-2-2可以计算出各音乐频率的计数器初值，再将十进制的计数器初值转换为四位16进制，将其制表写入程序中，通过查表装入要求的初值即可。音阶与频率的对应关系如表3-1所示。
表2-1
音符 DO RE ME FA SO LA SI
低音简谱码 1 2 3 4 5 6 7
频率/Hz 523 587 659 698 784 880 987
高音简谱码 1 2 3 4 5 6 7
频率/Hz 1046 1174 1318 1396 1567 1760 1975
2.1.3 节拍的产生
音阶的频率是固定的，而节拍有快有慢，拍子越短节奏越快，拍子越长节奏越慢。控制发音的时间有两种方法：调用延时子程序或采用定时器中断。本次设计采用的是定时器终端方式。
首先在整首乐曲中找出最短的拍子，一般为1/4拍，拍子的时间约为0.125s。然后以1/4拍为基准，然后设定每0.125s产生一次中断，其定时器值为125000，定时常数为08F3H。若采用模式2，定时器值太小，不是很好用。所以采用模式1，将定时器值设为62500，即0CDCH，则只需要执行2次定时器中断就可以产生1/4拍的时间长度。同样，若要产生其它的拍子（如1/2拍，3/4拍……）,只需要定时器中断N次，产生N*0.125s定时，使其满足各个节拍的时间长度即可。
设计的程序按如下方法编写：
（1）将音符代码装入8位字节高4位，节拍代码装入低4位，组成一个字节，以此类推。将整段乐曲转换成一定长度的编码表。具体编程方法如下：
1.首先，定义toneh[]和tonel[]两个数组，将各个音乐频率的定时器初值的16进制数的高8位装入toneh[]，低8位装入tonel[]。
2.利用单片机的定时器中断，将toneh[]和tonel[]的数据分别装入TH0和TL0，并且，收到信号P1.0就反相。
void timer0(void)   interrupt 1 using 1
{
  P1_0=!P1_0;
  TH0=toneh[rti];
  TL0=tonel[rti];
}
3.利用定时器1控制音乐节拍的时间长度，将上文所述的定时器初值装入定时器1。
void timer1(void)   interrupt 3 using 2
{
  TH1=0x0c;
  TL1=0xdc;
  m++;
}
（2）在程序执行时顺序查此表，取出音符代码，查频率表，置入T/C口，取出节拍代码，供定时器使用，启动后即可发出声音。
2.1.4 音频转换流程图
设计的软件流程如图2-2所示。程序开始运行时先对单片机进行初始化，其中包括定时器及其工作方式的选择、外部中断设定、定时器初值的设定。利用单片机，通过软件的方式产生所需要的音乐频率，并将收到的信号与音频编码表进行对比。若信号在编码表中，则将该频率的定时器初值写入定时器中，并读取频率的音阶，再从单片机的P1.0口输出，经过音频放大器驱动喇叭发出声音，利用驱动喇叭演示程序即可控制音乐的节拍。若信号不在编码表中，则返到初始化。

2.2 时间显示程序设计
2.2.1设计思路
对于时间程序的设计，主要依靠单片机内部定时器的计数功能实现。时钟由秒针、分针和时针组成，在程序中分别由sdata，mdata，hdata表示各单位的数据。首先对sdata，mdata，hdata分别设定一个初值，其中sdata设为0，表示秒针初始为0。然后利用定时器对秒针计数，当计数值达到1秒的时间后产生定时器中断，sdata的数据就加1。由于本次设计采用的晶振频率为6MHz，所以定时器取值为2500。将hdata的数据装入第一和第二个数码管，将mdata的数据装入第三和第四个数码管。当sdata的数据为59时，若此时再来一个定时器中断，则秒针重新归零，而分针就加1。同样，分针和时针的进位也是同一道理。
当设定的闹钟时间一到，程序即转入音频程序，驱动喇叭放出音乐。
2.2.2 时钟程序流程图
时钟程序流程图如图2-3所示。（应有简单的文字叙述或解释）
3 硬件电路的设计
3.1硬件流程模块
设计的硬件流程模块如图3-1所示。首先，PC机通过串口及MAX232芯片将程序下载到单片机中，其中包括把一个个的单音写入单片机的ROM存储器中，程序运行时再将音乐数据按顺序读出，利用单片机的定时器中断控制音乐节拍的长度，这样就能形成一段乐曲。在单片机P1.0口接入音频放大电路，将单片机输出的信号放大，再通过喇叭播放音乐。单片机P2口接4位共阴LED数码管，并外接1K欧的排阻，利用单片机内部的定时器中断控制时间程序，然后在数码管上显示出时间。
3.2 模块电路的设计
3.2.1 89C58RD+型单片机介绍
89C58RD+是一种带32KB闪烁可编程/可擦除制度存储器（EPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS的8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51的指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，因而ATMEL的89C58RD+是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。并且，比起跟它同种类型的89C51，它具有更大的Flash存储器，可下载很大容量的程序代码，因此功能更加强大，应用范围更广泛。
89C58RD+有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，9个中断源，内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,可编程UART串行通信口，SPI串行口，89C

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基于单片机的自动音乐播放器的设计(三)