基于单片机的音乐

基于单片机的音乐播放器谷家伟•目前概况：•21世纪，电子技术进入了突飞猛进的发展阶段。随着集成电子技术的迅速发展，特别是微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫无夸张的说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来一次新的技术命。•目前，单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已进入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一，单片机的发展阶段可分为：•第一阶段（1971~1974年）：1971年11月美国Intel公司首先设计成集为•2000只晶体管的4位微处理器Intel4004，并且配有随机存储器ROM和移位寄存器等芯片，构成第一台MCS-4微型计算机。1972年4月Intel公司又研发成了功能较强的8位微处理器Intel8008，这些微处理器虽说不是单片机，但从此拉开了研发单片机的序幕。•第二阶段（1974~1978年）：初级单片机阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、并行I\O串口、8位定时器\计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。•第三阶段（1978~1983年）：高性能单片机阶段。这一阶段单片机普遍带有串口、多级中断处理系统、16位定时器\计数器。片内ROM、RAM容量加大，寻址范围到了64K，有的还带有A\D转换接口。比如Intel公司的MCS-51,Motorola公司的6801等。这类单片机的应用领域已经及其广泛，这类系列的各类产品是目前国内外产品的主流。其中MCS-51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在国内的MCS-51热正在继续升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。•第四阶段（1983~）：8位单片机巩固发展到16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。MCS-51系列属高档单片机，近年来，Intel公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作，相继推出了不少新产品：•（1）8052\8752\8032：将原来8051\8751\8031单片机进行了扩展，片内数据存储器增至256字节，程序存储器增至8K，定时器\计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。•（2）低功耗看的CHMOS工艺芯片80C51\87C51\80C31：这种芯片允许电源波动范围大，为5V±20%，并有三种功耗控制方发。•（3）具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC.该芯片在片内固化有MCS-BASIC52解释程序，软件开发比较方便。此外还能实现BCD码的浮点运算以及16进制数和十进制数的转换。•（4）高性能的C52系列：在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些高速输出、脉宽调制、上\下定时器\计数器移植进来，构成新一代MCS-51产品80C252\87C252\83C252，他们是MCS-51系列中的新产品。基于单片机的音乐播放器•二、论文（设计）研究的内容•1.重点解决的问题：•设计的课题是“基于单片机的音乐播放器设计”，它是以单片机AT89C52作为硬件核心控制部件，结合负脉冲电路和LM386功率放大器，数码管构成典型的显示电路，以及其他外围设备组成的音乐播放系统。•根据音乐演奏控制器所要实现的显示与选曲及音乐产生功能原理，系统包括演奏扬声器、选曲、播放和显示几部分。其中，S1开关用来选曲，通过显示器显示歌曲序号。S2按钮用作播放。所设计的单片机乐曲播放控制器不仅能够播放悦耳的歌曲，同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲，并通过显示器使其显示歌曲序号。•本文设计的音乐演奏控制器是通过控制单片机内部的定时器来产生不同频率的方波，驱动喇叭发出不同音节的声音，再利用延迟来控制发音时间的长短，即控制音调中的节拍。同时设置按钮使所设计的程序能在五首歌曲之间进行选曲、设计显示器使其显示歌曲序号。•3.本论文（设计）预期取得的成果：•在设计过程中，却遇到很多困难。比如说参考到的许多芯片的资料都是英文的,自己专业知识的匮乏,缺少动手能力等等。设计的困难重重，常常遇到自己不止到怎么下手的地方，让我意识到了自己的不足之处，也明白了必须深入实践才能获取真知的道理。但是通过这次的毕业设计，我感觉收获很大。刚刚拿到课题时自己的无措,到后来通过交流系统理解框架。首先指定了计划,设计所要求控制达到的具体的技术指标，再通过谈论和实践来检验计划的可实施性,进而对整个设计系统经过深入的方案论证、计算以及联•系具体的情况，确立自己的设计方案。以及后来的工作对我来说的确是笔宝贵的财富,它将会对我今后的人生有着重要的参考意义。•做为单片机控制音乐播放,具有低成本,高效率,多功能的优点,有着广阔的市场。同时由于我水平有限，而且时间比较紧迫，所以在设计音乐播放器时难免会有很多漏洞和不足之处，同时也有部分功能模块不够完善，希望各位指导老师给予宝贵的意见和指导。•理论意义：•微型电子音乐合成器，采用AT89C52最小系统,外接一片数据存储器62256，采用增加放电回路的RC复位电路，扩展一组4×4小键盘（也可按需要扩展）,再加一片LM386做音频小功放,输出到扬声器（或音箱），电源可由5V—9V稳压电源（或四节5号电池）提供。•成品的软件系统由主程序、初始化程序、乐谱解释程序，音乐播放程序，定时器0中断服务程序、键盘扫描程序和延时程序等模块程序组成。软件采用C51编程，模块化结构设计思想，合理安排程序流程，软件运行有比较高的抗干扰能力，又便于修改扩充，而且程序通用性强。•通过硬件和软件的调试，系统工作稳定、乐音音色比较纯正、所有的按键均反应灵敏无差错。目前为止，该设计已经实现了按键发声，音调切换，自动音乐播放，手动音乐播放，播放速度控制等功能。•由于单片机具有体积小、速度快、功耗低、性能可靠、使用方便、价格低廉等特点，因而在许多领域都得到了广泛的应用。基于以上原因，本项目的研究内容是以单片机为核心，利用单片机的内部定时器改变计数值产生不同频率，来模仿C调各音符的频率，通过设定延迟时间就可得到某个音符节拍的时间，最终将一段乐曲合成并播放。•在单片机中遇到拍子分隔符和空格跳过，判断是否高低音，读音符，调整为高低音音符，读音符后的升半个音符的“#”，读延长音“-”“.”，读缩短一半音长的“_”，字符串结束符“0x00”。根据上述规则，我们将乐谱解释预先存入数组中。一个乐谱解释函数，一个音乐播放函数。演奏的乐谱以一个本文定义的乐谱形式写好，作为一个预定义的字符串。再通过乐谱解释函数解释为“音符频率的序号”和“音符播放的时间”两个数组，在音乐播放函数中，就将音符频率的序号数组对应的频率送入定时器预置数中，再延时对应音符播放的时间。这样音乐就播放出来•0键：低中高音选择，系统默认为中音，短按该键切换为低音，长按该键切换为高音；•1键：发出do的音，音调的高低由0键确定；•2键：发出re的音，音调的高低由0键确定；•3键：发出mi的音，音调的高低由0键确定；•4键：发出fa的音，音调的高低由0键确定；•5键：发出suo的音，音调的高低由0键确定；•6键：发出la的音，音调的高低0键确定；•7键：发出se的音，音调的高低由0键确定；•8键：快速播放键，系统默认为中速，按该键加快歌曲播放速度；•9键：自动播放键，按下该键后自动播放歌曲#，播放速度由8键或11键决定，无选择时为系统默认的中速；•10键：自动播放键，按下该键后自动播放歌曲@，播放速度由8键或11键决定，无选择时为系统默认的中速；•11键：手动播放键，按键即发音，通过按键的次数和按键时间的长短来控制音符的的输出；•12键：慢速播放键，系统默认为中速，按该键减慢歌曲播放速度；•13键：自动播放键，按下该键后自动播放歌曲￥，播放速度由8键或11键决定，无选择时为系统默认的中速；•14键：自动播放键，按下该键后自动播放歌曲&，播放速度由8键或11键决定，无选择时为系统默认的中速；•15键：手动播放键，按键即发音，通过按键的次数和按键时间的长短来控制音符的的输出，输出音乐为#。•应用价值：•声音是由物体的震动而产生的，乐音是有规律的震动而产生的结果。乐音有一些基本的特性，如音调、音色等。音调的高低是由振动的频率来决定的，比方说，日常最熟悉的几个音1，2，3，4，5，6，7，i，它们实际上就是频率分别为440，494，554，587，659，740，831，880Hz的周期信号。不管是电子琴还是吉他，它们发出的音调的频率都应该是一样的，要不然就会音变调了。音色，是乐音的另一个比较重要的特性。每一首歌曲的音色不同，因为它们振动的波形不一样。•为完成电子音乐合成器的演奏和播放乐曲功能，本设计的软件系统由主程序、初始化程序、乐谱解释程序，音乐播放程序，定时器0中断服务程序、键盘扫描程序和延时程序等模块程序组成。软件采用C51编程，模块化结构设计思想，合理安排程序流程•软件运行有比较高的抗干扰能力，又便于修改扩充，而且程序通用性强。•各功能函数中比较核心的就是乐谱解释函数、音乐播放函数。奏乐函数比较简单，基本上就是将乐曲中的音符在音符数组中的位置逐个存入音乐数组中，再从数组中取出音符和时长，送入定时器预置数，再延时即可。在每个音符播放前后，用TR0控制是否输出音乐，每个音符之间也有短暂静音，以使音乐更为清晰。•一个乐谱解释函数，一个音乐播放函数。演奏的乐谱以一个本文定义的乐谱形式写好，作为一个预定义的字符串。再通过乐谱解释函数解释为“音符频率的序号”和“音符播放的时间”两个数组，在音乐播放函数中，就将音符频率的序号数组对应的频率送入定时器预置数中，再延时对应音符播放的时间。这样音乐就播放出来。•本设计中采用AT89C52单片机实现各种不同乐曲演奏功能的微型电子音乐合成器。通过硬件和软件的调试，系统工作稳定、乐音音色比较纯正、所有的按键均反应灵敏无差错。目前为止，该设计已经实现了按键发声，音调切换，自动音乐播放，手动音乐播放，播放速度控制等功能。但是还缺少语音处理功能。我们准备在原电路的基础上，增加一个语音处理电路，可以进行语音录放。另外，还将采用红外遥控发射接收集成电路PT2262-RC/PT2272-L4，使键盘和控制芯片分离，达到用遥控器控制音乐发声，更好的享受电子音乐合成器带来的别样乐趣。•这样如此单片机在社会领域中无处不在，每一个音符都会由电来激发，如果说音乐是一片圣地，那单片机就是通往这片圣地的天桥，这就是它的应用价值•••四．参考文献•1]胡汉才，单片机原理及其接口技术（第2版）[M]，清华大学出版社，北京，2004年。•[2]何立民，单片机应用技术选篇[M]，北京航空航天大学出版社，北京，1997年。•[3]张毅刚，单片机原理及应用[M]，高等教育出版社，北京，2003年。•[4]舒红波，李蔚，王治国，用单片机实现各音色电子琴[J]，控制工程，2004年5月第11卷增刊。•[5]王兵，用单片机设计微型电子琴[J]，计算机应用·电子工程师，2002•[6]王兵，单片机演奏乐曲[J]，电脑,1991,6。•[7]杨宁,昌飞，RC正弦波振荡电路和AT89C52的简易电子琴设计[J]，上海电机学院学报，第9卷第5期，2006年10月•[8]阎石.数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社.1997•[9]沈红卫编.基于单片机结构的智能系统设计与实现[M]．北京：电子工业出版社,2005•[10]雷思孝.单片机系统设计及工程应用[M]．陕西：西安电子科技大学出版社.2005•[11]王晓君，安国臣．MCS-51及兼容单片机原理与选型[M]．北京：电子工业出版社，2003•[12]潘永雄．新编单片机原理与应用[M]．西安：西安电子