音乐发生器的设计与实现

实验课程名称：监测控制系统应用实验五

实验项目名称：音乐发生器的设计与实现实验成绩：实验者：专业班级：电信130 班同组者：实验日期：周四3~4节课一．实验内容

掌握单片机片内定时器应用设计技巧，会确定定时器的时间常数，能够进行定时器的初始化编程。

掌握利用微处理器设计音乐发生器的方法

二．探究内容

1.利用定时器产生特定的频率信号，设计一个音乐发生器，可以循环播放音乐，候选乐曲3首。

2.用按键选择播放哪一首音乐。有音乐播放的启停键。

3.用8个LED灯随节拍闪烁（选做）

4．扩展内容（选做），用7个按键分别产生音阶1、2、3、4、5、6、7，按一下键，即产生一个节拍的相应音符，也就是设计电子琴。

三．实验设计：

1.设计要求

具体任务：

（1）设计一个音乐发生器，候选音乐有三种，K1可启动停止音乐，K2用于选择音乐段；

（2）用proteous仿真电路，保证设计的正确性；

（3）基于开发板完成实物制作。

2. 探究内容：

（1）如何利用音阶计算定时器的时间常数？

（2）音乐声音的洪亮稳定如何保证？

（3）节拍如何实现？

三、实验设计：

1.设计音乐发生器的基本任务的基本任务：

（1）研究产生音阶1、2、3、4、5、6、7的方法，计算7个音阶对应的时间常数 （2）设计产生单首乐曲循环的软件，调试后下载到开发板

（3） 设计产生3首乐曲的音乐发生器，用按键选择循环的单曲，调试后下载到开发板，

运行。

2.相关知识介绍

2.3 音阶对应频率计数初值的计算

单片机的振荡频率为f osc ＝12MHz ，通过定时器T0溢出后对P3.0口取反产生方波，故定时器溢出时间为1/2f 。

由：n osc n f f X ⨯=

⨯-21

12)2(16 ， 则定时初值为：16224osc n n

f X f =- 以音阶“1”为例：f ＝523 Hz ，则T ＝1/f

定时初值：616

16

12102264580442424523

osc n n f X FC H f ⨯=-=-==⨯

用同一方法可求出其它音阶所对应的频率定时初值，将其制表放在程序中，通过查表向定时器T0装入所要求的定时初值，即可产生某一音阶所对应的频率的方波信号。C 调的音阶及其频率、在单片机中的定时初值对应如下：

四．原理图

1.音乐播放器原理图

因为开发板上面的蜂鸣器为无源蜂鸣器，所以设计时要适应开发板的情况进行设计。K1、K2按键用来进行上一曲和下一曲的选择，K3为暂停/开始按键，P2.0接蜂鸣器，P1口接LED灯，用LED灯显示节拍。

2.电子琴原理图

上面七个键按下分别发出哆嘞咪发嗦啦嘻的音，第八个按键选择音调的高低。

最下面的按键用来控制使用和暂停。

五．实验结果

音乐播放器仿真和实物都能正常的播放音乐，并且能够实现上一曲、下一曲的选择，并且有暂停和播放的功能，电子琴也能够正常发音，可以演奏音乐。

六、结果分析及总结

（1）如何利用音阶计算定时器的时间常数？

单片机的振荡频率为f osc ＝12MHz ，通过定时器T0溢出后对P3.0口取反产生方波，故定时器溢出时间为1/2f 。

由：n osc n f f X ⨯=

⨯-21

12)2(16 ， 则定时初值为：16224osc n n

f X f =- 以音阶“1”为例：f ＝523 Hz ，则T ＝1/f

定时初值：616

16

12102264580442424523

osc n n f X FC H f ⨯=-=-==⨯

用同一方法可求出其它音阶所对应的频率定时初值，将其制表放在程序中，通过查表向

定时器T0装入所要求的定时初值，即可产生某一音阶所对应的频率的方波信号。 （2）节拍如何实现？

取乐曲节拍的长度为0.4s ，即1拍＝0.4s ，由定时器T1控制延时。设置定时器T1的定时中断T ＝50ms ，采用定时方式1。

由：T f X osc

=⨯-12

)2(16，则定时初值X ＝3C0BH

因此1拍＝0.4s ＝8*50ms ，即通过定时器T1的定时中断8次，产生8*50ms 的定时，就可以满足1节拍的定时要求。以此类推，通过定时中断N 次，可产生N*50ms 的定时以满足1/4拍、1/2拍、1拍、2拍等不同节拍的定时要求。由此可知，节拍值只能是整数值。

（3）音乐声音的洪亮稳定如何保证？

这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。

此次设计初，由于没意识到蜂鸣器驱动分为有源驱动和无源驱动，在使用网上的乐谱和相应的函数设计音乐播放器时，不能正确产生音乐，后来查资料才发现有无源和有源之分，有源和无源蜂鸣器的发声原理不同，故其乐谱会有所不同。

乐谱可以放在一个乐谱表中，通过查表来实现音乐的播放，要想循环播放一首歌，可以加一句查询语句，因为一条语句的执行时间非常短，对乐曲的演奏没有影响，在判断乐曲播放完后，继续回到乐曲开始，便可实现循环播放。

附录：

音乐播放器程序

#include

/*------------------------------------------------

硬件端口定义

------------------------------------------------*/

sbit SPK=P2^0; //定义音乐输出端口

sbit key1=P3^2; //定义按键用于暂停

sbit key2=P3^3; //定义按键用于切换

unsigned char W=0,T;//用于选择音乐

unsigned char Timer0_H,Timer0_L,Time;

void delay5ms(void) //误差0us

{

unsigned char a,b;

for(b=185;b>0;b--)

for(a=12;a>0;a--);

}

void delay500ms(void) //误差0us

{

unsigned char a,b,c;