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单片机音乐程序的设计与实验

周振安

利用单片机(或单板机)奏乐大概是无线电爱好者感兴趣的问题之一。本文从单片机的基本发间实验出发,谈谈音乐程序的设计原理,并给出具体实例,以供参考。

1.       单片机的基本发音实验

我们知道,声音的频谱范围约在几十到几千赫兹,若能利用程序来控制单处机某个口线的电平或低电平,则在该口线上就能产生一定频率的矩形波,接上喇叭就能发出一定频率的声音,若再利用延时程序控制”“电平的持续时间,就能改变输出频率,从而改变音调。

例如,要产生200HZ的音频信号,按图1接入喇叭(若属临时实验,也可将喇叭直接接在P1口线上),实验程序为:

       其中子程序DEL为延时子程序,当R31时,延时时间约为20usR3中存放延时常数,对200HZ音频,其周期为1/200秒,即5ms。这样,当P1.4的高电平或低电平的持续时间为2.5ms,即R3的时间常数取2500/20=125(7DH)时,就能发出200HZ的音调。将上述程序键入学习机,并不断修改R3的常数可以感到音调的变化。

       乐曲中,每一音符对应着确定的频率,表1给出C调时各音符频率及其相应的时间常数。

读者可以根据表1所提供的常数,将其16进制代码送入R3,反复练习体会。根据表1可以奏出音符。仅这还不够,要准确奏出一首曲子,必须准确地控制乐曲节奏,即一音符的持续时间。

音符的节拍我们可以用定时器T0来控制,送入不同的初值,就可以产生不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍,即一拍为0.64秒。其它节拍与时间的对应关系见表2

但时,由于T0的最大定时时间只能为131毫秒,因此不可能直接用改变T0的时间初值来实现不同节拍。我们可以用T0来产生10毫秒的时间基准,然后设置一个中断计数器,通过判别中断计数器的值来控制节拍时间的长短。表2中也给出了各种节拍所对应的时间常数。例如对1/4拍音符,定时时间为0.16秒,相应的时间常数为16(即10H);对3拍音符,定时时间为1.92秒,相应时间长数为192(即C0H)。

我们将每一音符的时间常数和其相应的节拍常数作为一组,按顺序将乐曲中的所有常数排列成一个表,然后由查表程序依次取出,产生音符并控制节奏,就可以实现演奏效果。

此外,结束符和体止符可以分别用代码00HFFH来表示,若查表结果为00H,则表示曲子终了;若查表结果为FFH,则产生相应的停顿效果。

为了产生手弹的节奏感,在某些音符(例如两个相同音符)音插入一个时间单位的频率略有不同的音符。

程序框图如图2所示。

下面给出程序序请单,可直接在TD-III型学习机上演奏,对其它不同型号的学习机,只需相应地改变一下地址即可。本程序演奏的是民歌八月桂花遍地开C调,节奏为94/分。读者也可以自行找出一首歌,按表1和表2给定的常数,将乐曲翻译成码表输入机器,而程序不变。本实验方法简便,即使不懂音乐的人,将一首陌生的曲子翻译成代码也是易事,和着机器的演奏学唱一首歌曲,其趣味无穷。

程序清单(略,请参看源程序的说明)。

《无线电》1992年第3期。

下载两个音乐文件的源代码和HEX代码

硬件连接说明:

随便找一个仿真机或者什么单片机实验板,只要能工作的就行,将程序输入,运行,然后找个音箱(你计算机旁边应当就有一对吧)拨出插头,插头的前端接在P10上,后面部分找根线接单片机的地,就应当有声了,然后怎么改进硬件连接就是你的事了。。。。