音乐发生器的设计与实现.docx
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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fosc＝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：
，则定时初值为：
以音阶“1”为例：
f＝523Hz，则T＝1/f
定时初值：
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fosc＝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：
，则定时初值为：
以音阶“1”为例：
f＝523Hz，则T＝1/f
定时初值：
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：
，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
------------------------------------------------*/
sbitSPK=P2^0;//定义音乐输出端口
sbitkey1=P3^2;//定义按键用于暂停
sbitkey2=P3^3;//定义按键用于切换
unsignedcharW=0,T;//用于选择音乐
unsignedcharTimer0_H,Timer0_L,Time;
voiddelay5ms（void）//误差0us
{
unsignedchara,b;
for（b=185;b>0;b--）
for（a=12;a>0;a--）;
}
voiddelay500ms（void）//误差0us
{
unsignedchara,b,c;
for（c=205;c>0;c--）
for（b=116;b>0;b--）
for（a=9;a>0;a--）;
}
//世上只有妈妈好数据表音谱,高中低音,音长
codeunsignedcharMUSIC[102]={
6,2,3,5,2,1,3,2,2,5,2,2,1,3,2,6,2,1,5,2,1,
6,2,4,3,2,2,5,2,1,6,2,1,5,2,2,3,2,2,1,2,1,
6,1,1,5,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,3,3,2,1,5,2,2,
5,2,1,6,2,1,3,2,2,2,2,2,1,2,4,5,2,3,3,2,1,
2,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,5,1,6,0,0,0};
//送别数据表音谱,高中低音,音长
codeunsignedcharMUSIC1[174]={
5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,4,6,2,2,1,3,2,5,2,4,
5,2,2,1,2,1,2,2,1,3,2,2,2,2,1,1,2,1,2,2,8,
5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,6,2,2,1,3,2,
5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,7,1,1,1,2,8,
6,2,2,1,3,2,1,3,4,7,2,2,6,2,1,7,2,1,1,3,4,
6,2,1,7,2,1,1,3,1,6,2,1,6,2,1,5,2,1,3,2,1,
1,2,1,2,2,8,5,2,2,3,2,1,5,2,1,1,3,3,7,2,1,
6,2,2,1,3,2,5,2,4,5,2,2,2,2,1,3,2,1,4,2,3,
7,1,1,1,2,8};
//新年好数据表音谱,高中低音,音长
codeunsignedcharMUSIC2[90]={
1,2,1,1,2,1,1,2,2,5,1,2,
3,2,1,3,2,1,3,2,2,1,2,2,
1,2,1,3,2,1,5,2,2,5,2,2,
4,2,1,3,2,1,2,2,4,2,2,1,
3,2,1,4,2,2,4,2,2,3,2,1,
2,2,1,3,2,2,1,2,2,1,2,1,
3,2,1,2,2,2,5,1,2,7,1,1,
2,2,1,1,2,4};
//童年数据表音谱,高中低音,音长
codeunsignedcharMUSIC3[423]={
5,1,1,5,1,1,3,1,1,5,1,2,3,1,1,5,1,2,6,1,1,
6,1,1,1,2,1,6,1,2,6,1,1,1,2,2,2,2,1,2,2,1,
3,2,1,2,2,2,5,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,1,1,2,1,
5,1,1,1,2,1,1,2,1,1,2,2,1,2,1,1,2,1,5,1,2,
1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,1,1,2,3,1,1,
5,1,1,5,1,2,5,1,1,3,1,1,6,1,1,6,1,1,1,2,1,
6,1,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,2,1,2,1,
1,2,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,5,1,2,0,2,1,
3,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,
3,1,1,5,1,1,5,1,2,5,1,1,3,1,1,6,1,1,6,1,1,
1,2,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,6,1,1,5,1,1,1,2,2,
1,2,1,1,2,1,1,2,1,6,1,1,6,1,1,1,2,1,2,2,2,
0,2,1,5,1,1,2,2,1,5,2,1,2,2,2,5,2,1,5,2,2,
5,2,1,5,2,1,5,2,1,3,2,1,2,2,1,1,2,1,1,2,2,
6,1,1,6,1,1,1,2,1,6,1,1,1,2,1,2,2,1,2,2,1,
2,2,1,2,2,1,2,2,1,1,2,1,3,2,1,2,2,1,2,2,8,
3,2,1,3,2,2,3,2,1,3,2,2,2,2,2,1,2,1,1,2,2,
1,2,1,2,2,1,1,2,1,6,1,1,5,1,1,5,1,1,5,1,2,
5,1,1,6,1,1,5,1,1,2,2,1,3,2,1,1,2,8,1,2,1,
5,1,2,1,2,1,6,1,1,5,1,1,3,1,1,2,1,1,1,2,6,
0,2,2};
//音阶频率表高八位
codeunsignedcharFREQH[]={
0xF2,0xF3,0xF5,0xF5,0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xF9,0xFA,0xFA,0xFB,0xFB,0xFC,
0xFC,0xFC,0xFD,0xFD,0xFD,0xFD,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFE,0xFF,
};//1,2,3,4,5,6,7,8,i
//音阶频率表低八位
codeunsignedcharFREQL[]={
0x42,0xC1,0x17,0xB6,0xD0,0xD1,0xB6,0x21,0xE1,0x8C,0xD8,0x68,0xE9,0x5B,
0x8F,0xEE,0x44,0x6B,0xB4,0xF4,0x2D,0x47,0x77,0xA2,0xB6,0xDA,0xFA,0x16,
};//1,2,3,4,5,6,7,8,i
/*------------------------------------------------
uS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值
unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是
0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时
长度如下T=tx2+5uS
------------------------------------------------*/
voidDelayUs2x（unsignedchart）
{
while（--t）;
}
/*------------------------------------------------
mS延时函数，含有输入参数unsignedchart，无返回值
unsignedchar是定义无符号字符变量，其值的范围是
0~255这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编
------------------------------------------------*/
voidDelayMs（unsignedchart）
{
while（t--）
{
//大致延时1mS
DelayUs2x（245）;
DelayUs2x（245）;
}
}
/*------------------------------------------------
节拍延时函数
各调1/4节拍时间：
调4/4125ms
调2/4250ms
调3/4187ms
------------------------------------------------*/
voiddelay（unsignedchart）
{
unsignedchari;
for（i=0;iDelayMs（250）;
TR0=0;
}
/*------------------------------------------------
定时器0中断
------------------------------------------------*/
voidTIM0_ISR（）interrupt1
{
TR0=0;
SPK=!
SPK;
TH0=Timer0_H;
TL0=Timer0_L;
TR0=1;
}
/*------------------------------------------------
歌曲处理函数
------------------------------------------------*/
voidSong（）
{
TH0=Timer0_H;//赋值定时器时间，决定频率
TL0=Timer0_L;
TR0=1;//打开定时器
delay（Time）;//延时所需要的节拍
}
/*------------------------------------------------
主函数
------------------------------------------------*/
voidled（unsignedchara）;
voidmain（void）
{
unsignedinti;
unsignedchark;
TMOD|=0x01;//置定时器0工作方式1
EA=1;//打开全局中断
ET0=1;//打开定时器0中断
EX0=1;//打开外部中断0中断
IT0=1;//设置为下降沿中断
EX1=1;//打开外部中断1中断
IT1=1;//设置为下降沿中断
PX1=1;//设置外部中断1为高优先级
while
（1）
{
//i=0;
if（W==0）
{
T=W;
for（i=0;i<100;i=i+3）
{//音乐数组长度，唱完从头再来
led（MUSIC[i]）;
k=MUSIC[i]+7*MUSIC[i+1]-1;//去音符振荡频率所需数据
Timer0_H=FREQH[k];
Timer0_L=FREQL[k];
Time=MUSIC[i+2];//节拍时长
//i=i+3;
Song（）;
if（T!
=W）
break;
}
}
if（W==1）
{
T=W;
for（i=0;i<174;i=i+3）
{//音乐数组长度，唱完从头再来
led（MUSIC1[i]）;
k=MUSIC1[i]+7*MUSIC1[i+1]-1;//去音符振荡频率所需数据
Timer0_H=FREQH[k];
Timer0_L=FREQL[k];
Time=MUSIC1[i+2];//节拍时长
//i=i+3;
Song（）;
if（T!
=W）
break;
}
}
if（W==2）
{
T=W;
for（i=0;i<90;i=i+3）
{//音乐数组长度，唱完从头再来
led（MUSIC2[i]）;
k=MUSIC2[i]+7*MUSIC2[i+1]-1;//去音符振荡频率所需数据
Timer0_H=FREQH[k];
Timer0_L=FREQL[k];
Time=MUSIC2[i+2];//节拍时长
//i=i+3;
Song（）;
if（T!
=W）
break;
}
}
if（W==3）
{
T=W;
for（i=0;i<423;i=i+3）
{//音乐数组长度，唱完从头再来
led（MUSIC3[i]）;
k=MUSIC3[i]+7*MUSIC3[i+1]-1;//去音符振荡频率所需数据
Timer0_H=FREQH[k];
Timer0_L=FREQL[k];
Time=MUSIC3[i+2];//节拍时长
//i=i+3;
Song（）;
if（T!
=W）
break;
}
}
}
}
//频谱函数
voidled（unsignedchara）
{
switch（a）
{
case0:
P1=0xff;break;
case1:
P1=0x7f;break;
case2:
P1=0x7e;break;
case3:
P1=0x7c;break;
case4:
P1=0x78;break;
case5:
P1=0x70;break;
case6:
P1=0x60;break;
case7:
P1=0x40;break;
case8:
P1=0x00;break;
}
}
//外部中断0中断服务程序用于暂停
voidzhongduan0（）interrupt0
{
delay5ms（）;//按键去抖
if（!
key1）
{
while（!
key1）;//松手检测
while（key1&&T==W）;//检测按键是否按下
delay5ms（）;//按键去抖
while（key1&&T==W）;//检测按键是否按下
while（!
key1&&T==W）;//松手检测
}
}
//外部中断1中断服务程序
voidzhongduan1（）interrupt2
{
delay5ms（）;//按键去抖
if（!
key2）
{
if（W==3）
W=0;
else
W++;
while（!
key2）;//松手检测
delay500ms（）;
}
}
电子琴程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//*******子函数声明*************//
voidRun（）;
voidPlayKey（）;
voidKeyScan（）;
voidKeyScan1（）;
//********手动弹奏按键定义****************//
sbitBeep=P1^0;
sbitkey1=P2^0;
sbitkey2=P2^1;
sbitkey3=P2^2;
sbitkey4=P2^3;
sbitkey5=P2^4;
sbitkey6=P2^5;
sbitkey7=P2^6;
sbitkey8=P2^7;//*******播放模式下按键定义***********//
sbits3=P3^5;//暂停/播放键
ucharTh0,Tl0;
ucharkey=0;//按键代号
ucharyinfu,jiepai,i,j,m;
uchargaodi=0;
ucharflag=0;//暂停、开始
ucharnum;//全局变量
uchars1num;//暂停/播放键按下的次数
//歌曲音符
/*ucharcodeMusicCode[]={0xfc,0x0b,0xfc,0x43,0xfc,0xab,0xfd,0x08,0xfd,
0x33,0xfd,0x81,0xfd,0xc7,0xfe,0x05,0xfe,0x21,0xfb,0x8f,0xfb,0x03};*/
ucharcodeMusicCode[]={0xfc,0x44,0xfc,0xac,0xfd,0x09,0xfd,0x34,0xfd,0x82,
0xfd,0xc8,0xfe,0x06,0xfb,0x04,0xfb,0x90,0xfc,0x0c,0xfe,0x22,0xf9,0x5b,0xfa,0x15};
//按键音符
ucharcodeKeyCode[]={
0xf8,0x8b,0xf9,0x5b,0xfa,0x14,0xfa,0x66,0xfb,0x03,0xfb,0x8f,0xfc,0x0b,
/*低音*/
0xfc,0x43,0xfc,0xab,0xfd,0x08,0xfd,0x33,0xfd,0x81,0xfd,0xc7,0xfe,0x05,
/*中音*/
0xfe,0x21,0xfe,0x55,0xfe,0x84,0xfe,0x99,0xfe,0xc0,0xfe,0xe3,0xff,0x02
/*高音*/};
//**********使能中断****************
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