1.绪论。
1.1课题概述。
基于单片机的****器可应用于***，mp4，扩音器等很多方面，并可作为很多系统的辅助功能，作为单片机的重要硬件资源之一，利用定时器可以产生各种固定频率的方波信号，也可以产生包括"do"、"re"、"me"--等音阶在内的各种频率声音。将各个音阶连接在一起，便可组成一支曲子或是演奏一段旋律。基于这个思想，我设计了一款特殊的"****器"，本**器可实现**、暂停、复位等功能。
为了体现乐曲**过程中的动态效果，增加了1只led，作随机闪烁以指示旋律的节奏。由于时间及条件限制，本设计实现了一种简单的****器，其核心器件采用at89c51单片机，本**器具有电路简单，功能强大，易于拓展等特点。在此基础上，可以添加按键，led显示屏等模块，实现切换歌曲，歌名显示，动感**屏等功能。
2.系统硬件原理及设计。
2.1硬件电路设计。
2.1.1设计目的。
设计一个****器，有三个按键及控制按钮：**/暂停、下一曲、上一曲；通过控制按钮控制单片机，**所要求的**，并通过放大电路和喇叭输出声音。同时通过led灯显示器，用来显示所选曲目，该显示器在****中关闭，一曲演奏结束时，或选曲时才显示曲目信息，从而利于操作。
2.1.2总体电路设计。
图1 总体电路图。
2.1.3单片机电路设计。
89c52单片机拥有4kb的片内rom和128b片内ram。rom和ram的片外寻址范围都是64kb，单片机拥有32个并行口和一个串行口，在89c52单片机中存在5个中断源，其中有两个外部中断源、两个内部中断源和一个串行中断源。如图2所示。
图2 89c52单片机。
通过txal1 与txal2输入时钟信号，通过p1.0~p1.7输出控制现实控制信号的显示，有p3.
2、p3.3与p3.5分别作为上一曲、下一曲和开始暂停的控制输入。
2.1.4显示电路设计。
显示电路是一个8位共阴极led数码管。 单片机的p1.0-p1.7分别与数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp相连接。如图3所示。
2.1.5晶振时间电路设计。
晶振电路由两个30pf的电容和一个6mhz的晶体振荡器组成。如图4所示。节点1与单片机的xtal2相连接，节点2与单片机的xtal1相连接，从而为单片机提供时间信号，为**的**节拍控制提供基本时间单位：
当晶体振荡频率为定时器工作在方式1下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为x，则可根据下式计算x：
图3 8位共阴极led灯图4 晶振电路。
2.1.6控制电路设计。
控制电路，键一与p3.2相连、键二与p3.3相连、键3与p3.
5相连。当电键按下时接口接低电平，从而实现对****器的控制。键一联通实现上一曲更换，键二联通实现下一曲更换，键三联通实现开始暂停操作。
如图5所示。
图5 复位电路。
2.1.7输出电路设计。
发声电路由数字扬声器连接p2.0接口实现**的输出，由控制电路发出操作指令后，单片机调用相应程序，并将**信号由p2.0口输出，通过驱动扬声器发出美妙的**。如图6所示。
图6 输出电路。
3. 系统软件设计。
3.1总体流程图。
主程序实现对单片机进行初始化后，进入曲目识别子程序，进行歌曲曲目判断。确定歌曲曲目后，数码管再进行显示。然后，子程序对是否**进行循环判断，得到**中断的指令后再进行**。
执行**后，关闭数码管显示并调用查表子程序进行****。在****的过程中，查表子程序循环判断**是否结束。当**结束时，程序跳转回曲目识别子程序。如图7所示。
图7 总体流程图。
3.2单片机音阶**实现。
音调的高低用音阶表示，不同的音阶对应不同的频率。因此，不同频率的方波就可以产生音阶，音阶与频率的关系见表1。由于频率的倒数是周期，因此可由单片机中的定时控制方波周期，当定时器计数溢出时产生中断。
将与扬声器连接的p1.7取反后就可得到方波的周期，从而达到了控制频率，即音阶的目的。
音阶与频率的关系及如下表：
注：0表示简谱中的空拍。
表1 方式1下定时器的初值。
当晶体振荡频率为6.144mhz,定时器工作在方式1下时，若各音阶相对应的定时器计数初值为x，则可根据下式计算x：
音调的长短用节拍数表示（例如1/4拍、2/4拍、……不同节拍数的不同音符的组合形成乐谱。程序中，音的节拍可由延时子程序实现。延时子程序设定为四分之一拍，节拍值只能是它的整数倍。
3.3单片机产生不同脉冲信号的原理。
1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的i/o反相，然后重复计时此半周期的时间再对i/o反相，就可以在i/o脚上得到此频率的脉冲。
2）利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式mode1下，改变计数值th0及tl0以产生不同频率的方法如下：
例如，频率为523hz，其周期天/523 s=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每计数956次时就将i/o反接，就可得到中音do（532hz）。
计数脉冲值与频率的关系公式如下：
n=fi/2/fr
n：计数值，fi：内部计时一次为1us，故其频率为1mhz，fr：要产生的频率 ）
3） 其计数值的求法如下：
t=65536-n=65536-fi/2/fr
计算举例：设k=65536,f=1000000=fi=1mhz，求低音do（261hz）、中音do（523hz）、高音do（1046hz）的计数值。
低音do的t=65536-500000/262=63627
中音do的t=65536-500000/523=64580
高音do的t=65536-500000/1047=65059
4）c调个音符频率与计数值t的对照表如下表所示：
表2 c调各音符频率与计数值t的对照表。
（5）每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。但如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.
1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4节拍为1delay，则1拍应为4delay，以此类推。所以只要求得1/4拍的delay时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为1/4和1/8节拍的时间设定。
表3 节拍码对照表。
表4 各调节拍的时间设定表。
四分之一拍延时**设计：
1/4拍的延迟时间=187毫秒。
delay: mov r7,#
d2: mov r4,#
d3: mov r3,#
djnz r3,$
djnz r4,d3
djnz r7,d2
ret3.4****的实现。
3.4.1****库的建立方法。
1）先找出乐曲的最低音和最高音范围，然后确定音符表t的顺序。
2）把t值表建立在table1，构成发音符的计数值放在“table”。
3）简谱码（音符）为高位，节拍为（节拍数）为低4位，音符节拍码放在程序的“table”处。
4）音符节拍码00h为**结束标记。
3.4.2选曲。
在一个程序中，需要演奏两首或两首以上的歌曲时，****库的建立有两种方法：
1）将每首歌曲建立相互独立的音符表t和发音符计数值table。
2）在建立公用音符表t后，再写每首歌的发音计数值table中的**。
不管采用那种方法，每首歌曲结束时，在table中均需加上**结束符00h。
3.4.3歌曲的设计。
下面以歌曲《军港之夜》的设计为例，讲述歌曲在单片机中的实现。曲谱如下图所示：
图8 《军港之夜》乐谱。
从歌中可看出，最低音为低7si，最高音为高1do。根据**软件的设计方法，简谱对应的简谱码、t值、节拍数如表所示。
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