28课:单片机音乐程序设计

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。

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“高”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“高”“低”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R3为1时，延时时间约为20us，R3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，并持续修改R3的常数能感到音调的变化。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对应的时间常数。读者能根据表1所供给的常数，将其16进制代码送入R3，反复练习体会。根据表1能奏出音符。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。

音符的节拍我们能用定时器T0来控制，送入不一样的初值，就能产生不一样的定时时间。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一样节拍。我们能用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，对应的时间常数为16（即10H）；对3拍音符，定时时间为1.92秒，对应时间长数为192（即C0H）。

我们将每一音符的时间常数和其对应的节拍常数作为一组，按次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，就能实现演奏效果。此外，结束符和体止符能分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生对应的停顿效果。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一样的音符。

下面给出程序序清单，可直接在TD-III型学习机上演奏，对其它不一样型号的学习机，只需对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拍/分。读者也能自行找出一首歌，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。本实验办法简便，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）。

程序框图如图2所示。

<单片机音乐程序的设计图>

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P1。0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。。。。

音乐程序汇编代码代码1 -------------Voice.asm--------------------------

        ORG     0000H
        LJMP    START
        ORG     000BH
        INC     20H     ;中断服务,中断计数器加1
        MOV     TH0,#0D8H
        MOV     TL0,#0EFH  ;12M晶振，形成10毫秒中断
        RETI
START: 
        MOV     SP,#50H
        MOV     TH0,#0D8H
        MOV     TL0,#0EFH
        MOV     TMOD,#01H
        MOV     IE,#82H
MUSIC0:
        NOP
        MOV     DPTR,#DAT      ;表头地址送DPTR
        MOV     20H,#00H        ;中断计数器清0
        MOV     B,#00H          ;表序号清0
MUSIC1:
        NOP
        CLR     A
        MOVC    A,@A+DPTR       ;查表取代码
        JZ      END0     ;是00H,则结束
        CJNE    A,#0FFH,MUSIC5
        LJMP    MUSIC3
MUSIC5:
        NOP
        MOV     R6,A
        INC     DPTR
        MOV     A,B
        MOVC    A,@A+DPTR       ;取节拍代码送R7
        MOV     R7,A
        SETB    TR0             ;启动计数
MUSIC2:
        NOP
        CPL     P1.0
        MOV     A,R6
        MOV     R3,A
        LCALL   DEL
        MOV     A,R7
        CJNE    A,20H,MUSIC2    ;中断计数器(20H)=R7否?
                                ;不等,则继续循环
        MOV     20H,#00H        ;等于,则取下一代码
        INC     DPTR
;        INC     B
        LJMP    MUSIC1
MUSIC3:
        NOP
        CLR     TR0     ;休止100毫秒
        MOV     R2,#0DH
MUSIC4:
        NOP
        MOV     R3,#0FFH
        LCALL   DEL
        DJNZ    R2,MUSIC4
        INC     DPTR
        LJMP    MUSIC1
END0:
        NOP
        MOV     R2,#64H ;歌曲结束,延时1秒后继续
MUSIC6:
        MOV     R3,#00H
        LCALL   DEL
        DJNZ    R2,MUSIC6
        LJMP    MUSIC0
DEL:
        NOP
DEL3:                 
        MOV     R4,#02H
DEL4:  
        NOP
        DJNZ    R4,DEL4
        NOP
        DJNZ    R3,DEL3
        RET
        NOP
DAT:
 db 26h,20h,20h,20h,20h,20h,26h,10h,20h,10h,20h,80h,26h,20h,30h,20h
 db 30h,20h,39h,10h,30h,10h,30h,80h,26h,20h,20h,20h,20h,20h,1ch,20h
 db 20h,80h,2bh,20h,26h,20h,20h,20h,2bh,10h,26h,10h,2bh,80h,26h,20h
 db 30h,20h,30h,20h,39h,10h,26h,10h,26h,60h,40h,10h,39h,10h,26h,20h
 db 30h,20h,30h,20h,39h,10h,26h,10h,26h,80h,26h,20h,2bh,10h,2bh,10h
 db 2bh,20h,30h,10h,39h,10h,26h,10h,2bh,10h,2bh,20h,2bh,40h,40h,20h
 db 20h,10h,20h,10h,2bh,10h,26h,30h,30h,80h,18h,20h,18h,20h,26h,20h
 db 20h,20h,20h,40h,26h,20h,2bh,20h,30h,20h,30h,20h,1ch,20h,20h,20h
 db 20h,80h,1ch,20h,1ch,20h,1ch,20h,30h,20h,30h,60h,39h,10h,30h,10h
 db 20h,20h,2bh,10h,26h,10h,2bh,10h,26h,10h,26h,10h,2bh,10h,2bh,80h
 db 18h,20h,18h,20h,26h,20h,20h,20h,20h,60h,26h,10h,2bh,20h,30h,20h
 db 30h,20h,1ch,20h,20h,20h,20h,80h,26h,20h,30h,10h,30h,10h,30h,20h
 db 39h,20h,26h,10h,2bh,10h,2bh,20h,2bh,40h,40h,10h,40h,10h,20h,10h
 db 20h,10h,2bh,10h,26h,30h,30h,80h,00H

END

音乐程序汇编代码代码2 -------------Voice1.asm--------------------------

;标题    '八月桂花香'发声程序       
;摘要    详见'无线电'92年3期
;作者    周振安
  ORG     0000H
        LJMP    START
        ORG     000BH
        INC     20H     ;中断服务,中断计数器加1
        MOV     TH0,#0D8H
        MOV     TL0,#0EFH  ;12M晶振，形成10毫秒中断
        RETI
START: 
        MOV     SP,#50H
        MOV     TH0,#0D8H
        MOV     TL0,#0EFH
        MOV     TMOD,#01H
        MOV     IE,#82H
MUSIC0:
        NOP
        MOV     DPTR,#DAT      ;表头地址送DPTR
        MOV     20H,#00H        ;中断计数器清0
        MOV     B,#00H          ;表序号清0
MUSIC1:
        NOP
        CLR     A
        MOVC    A,@A+DPTR       ;查表取代码
        JZ      END0     ;是00H,则结束
        CJNE    A,#0FFH,MUSIC5
        LJMP    MUSIC3
MUSIC5:
        NOP
        MOV     R6,A
        INC     DPTR
        MOV     A,B
        MOVC    A,@A+DPTR       ;取节拍代码送R7
        MOV     R7,A
        SETB    TR0             ;启动计数
MUSIC2:
        NOP
        CPL     P1.0
        MOV     A,R6
        MOV     R3,A
        LCALL   DEL
        MOV     A,R7
        CJNE    A,20H,MUSIC2    ;中断计数器(20H)=R7否?
                                ;不等,则继续循环
        MOV     20H,#00H        ;等于,则取下一代码
        INC     DPTR
;        INC     B
        LJMP    MUSIC1
MUSIC3:
        NOP
        CLR     TR0     ;休止100毫秒
        MOV     R2,#0DH
MUSIC4:
        NOP
        MOV     R3,#0FFH
        LCALL   DEL
        DJNZ    R2,MUSIC4
        INC     DPTR
        LJMP    MUSIC1
END0:
        NOP
        MOV     R2,#64H ;歌曲结束,延时1秒后继续
MUSIC6:
        MOV     R3,#00H
        LCALL   DEL
        DJNZ    R2,MUSIC6
        LJMP    MUSIC0
DEL:
        NOP
DEL3:                 
        MOV     R4,#02H
DEL4:  
        NOP
        DJNZ    R4,DEL4
        NOP
        DJNZ    R3,DEL3
        RET
        NOP
DAT:  
        DB      18H,     30H,     1CH,     10H
        DB      20H,     40H,     1CH,     10H    
        DB      18H,     10H,     20H,     10H
        DB      1CH,     10H,     18H,     40H
        DB      1CH,     20H,     20H,     20H
        DB      1CH,     20H,     18H,     20H    
        DB      20H,     80H,     0FFH,    20H
        DB      30H,     1CH,     10H  ,   18H
        DB      20H,     15H,     20H ,    1CH
        DB      20H,     20H,     20H ,    26H
        DB      40H,     20H ,    20H ,    2BH
        DB      20H,     26H,     20H ,    20H    
        DB      20H,     30H ,    80H ,    0FFH
        DB      20H,     20H,     1CH ,    10H
        DB      18H,     10H,     20H ,    20H
        DB      26H,     20H ,    2BH ,    20H
        DB      30H,     20H ,    2BH ,    40H
        DB      20H,     20H  ,   1CH  ,   10H
        DB      18H,     10H,     20H,     20H
        DB      26H,     20H ,    2BH,     20H
        DB      30H,     20H,     2BH ,    40H
        DB      20H,     30H,     1CH ,    10H
        DB      18H,     20H ,    15H ,    20H
        DB      1CH,     20H ,    20H ,    20H
        DB      26H,     40H,     20H ,    20H    
        DB      2BH,     20H,     26H ,    20H    
        DB      20H,     20H,     30H ,    80H
        DB      20H,     30H,     1CH ,    10H
        DB      20H,     10H,     1CH ,    10H
        DB      20H,     20H,     26H  ,   20H
        DB      2BH,     20H,     30H  ,   20H
        DB      2BH,     40H,     20H   ,  15H
        DB      1FH,     05H,     20H    , 10H
        DB      1CH,     10H,     20H ,    20H
        DB      26H,     20H,     2BH ,    20H
        DB      30H,     20H,     2BH ,    40H
        DB      20H,     30H,     1CH  ,   10H
        DB      18H,     20H ,    15H  ,   20H
        DB      1CH,     20H ,    20H  ,   20H
        DB      26H,     40H,     20H  ,   20H
        DB      2BH,     20H,     26H   ,  20H
        DB      20H,     20H,     30H,     30H     
        DB      20H,     30H,     1CH,     10H
        DB      18H,     40H,     1CH,     20H
        DB      20H,     20H,     26H,     40H
        DB      13H,     60H,     18H ,    20H
        DB      15H,     40H,     13H ,    40H
        DB      18H,     80H,     00H
end