简单音乐发生器

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。