简单音乐发生器
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潍坊学院
单片机原理与应用课程
设计说明书
题目:
系部:信息与控制工程学院
专业:
班级:
学生姓名: 学号:
指导教师:王文成
2009年12月15日
目录
1 设计任务与要求 (1)
2设计方案 (1)
2.1 音乐相关知识 (1)
2.2如何用单片机产生音频脉冲 (2)
2.3如何用单片机实现音乐的节拍 (3)
2.4音频功放 (4)
3 硬件设计 (4)
3.1结构框图 (4)
3.2主要器件 (5)
3.3 电路原理图及说明 (6)
4 软件设计 (6)
5 小结 (15)
主要参考文献 (16)
单片机实现简单音乐发生器
1 设计任务与要求
本例将实现一种由单片机控制的简单音乐发生器,它具有16个音的键盘,我们可以根据乐谱在键盘上进行演奏,通过扬声器将音乐播放出来。
本次课程设计的任务是,设计一种由单片机控制的简单音乐发生器,要求键盘有16个键,能过用51单片机C语言编写程序来实现音乐发生器的发音。
要求:1.设计思路切明确;
2.对各个芯片的功能要有所了解;
3.对设计中的各个电路图能够要有所说明;。
4.对设计的、中的源程序要有所注释。
5.在按音乐发生器的16个键的同时能够听到不同的音乐。
2设计方案
进行本例的设计之前,首先需要了解音乐的一些相关知识。
2.1 音乐相关知识
在人类还没有产生语言时,就已经知道利用声音的高低、强弱来表达自己的思想和感情。声带、琴眩等物体震动时会发出声波,声波通过空气传播进入人耳,人们就听到了声音。声音有噪音和乐音之分,振动由规律的声音是乐音,如人声带发出的歌声、由琴眩发出的琴音等。音乐中所有的声音主要是乐音。
乐音听起来有的高,有的低,这就叫音高。音高是由发音物体震动频率的高低决定的,频率高声音就高,频率低声音就低。比如,女人唱歌时声带频率振动高,男人唱歌时声带振动频率低,所以男生比女生低。
音乐中所有音乐的范围从每秒中振动16次的最低到每秒中振动4186次的最高音,大约97个。现在最大的钢琴可以奏出其中的88音,是音乐范围最大的乐器,人唱歌时因受生理限制,所能唱出的乐音仅是乐音范围的一小部分。
不同音高的乐音是用C,D,E,F,G,A,G来表示的,这7个字母就是乐音的音名,
他们一般唱成DO,RE,MI,FA,SO,LA,SI,即唱成简谱的1,2,3,4,5,6,7,相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音,这是唱曲时乐音的发音,所以叫唱名,把C,D,E,F,G,A,B 这一组音的距离分成12个等份,每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”的,就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上,C-D,D-E,F-G,G-A,A-B两音之间隔着一个黑键,他们之间的距离就是全音;E-F,B-C两音之间没有黑键相隔,他们之间的距离就叫半音。
通俗地说,那些唱成1,2,3,4,5,6,7的音就叫自然音,那些在他们的左上角加上#号(如#4,#1)或者b号(如b7,b3)的叫变化音。#叫升记号,表示把音在原来基础上升高半音;b叫降记号,表示把音在原来基础上降低半音。
音持续时间的长短叫时值,一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。
一首音乐是由许多不同的音符组成的,每个音符对应着不同的频率,这样就可以利用不同的频率的组合,加以与拍数对应的延时,构成音乐。
2.2如何用单片机产生音频脉冲
了解音乐的一些基本知识后可知,产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机而言,产生不同频率的脉冲非常方便,可以利用他的定时计数器来产生这样方波频率信号。因此,需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率,以及单片机定时计数的关系。
本例中,单片机工作在12MHz时钟,使用其定时计数器T0,工作模式为1,改变计数值TH0和TL0可以产生不同频率的脉冲信号。在此情况下,C调的各音符频率与计数值T的对照表如表所示。T的值决定了TH0和TL0的值,其关系如下。
TH0=T/256,TL0=T%256。
2.3如何用单片机实现音乐的节拍
除了音符以外,节拍也是音乐的关键组成部分。
节拍实际上是音持续时间的长短,在单片机系统中可以用延时来实现。如果1/4拍的延时设为0.4秒,则1拍的延时是0.4秒。只要知道1/4拍的延时时间,其余的节拍延时时间就是它的倍数。
表1-2所示的为1/4节拍和1/8节拍的延时时间设定。
表1-2各调1/4节拍和1/8节拍的延时时间设定
如果单片机要自己播放音乐,那么必须在程序设计中考虑到节拍的设置。由于
本例实现的音乐发生器是由用户通过键盘输入弹奏乐曲的,所以节拍由用户掌握,不由程序控制民。
2.4音频功放
在一定频率范围内,具有固定频率的振动就能产生所要实现的音乐,因为它没有足够的驱动能力,这就需要音频功率放大电路。
本例使用国家半导体公司的低压音频功率放大器LM386实现音频功放电路。LM386具有以下功能特性。
●适合于电池工作;
●使用外部元件少;
●供电范围宽:4~12V或者5~18V;
●低静态电流消耗:4mA;
●电压增益范围:20~200V。
LM386的增益可调,它广泛用于各种音频电路中。
3 硬件设计
本例的硬件电路较为简单,主要由键盘、单片机、音频功在放及扬声器构成。
3.1结构框图
系统硬件的结构框图如图1-1所示。
本例依然采用4×4键盘。