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(多图) 基于单片机AT89C2051的电子琴设计

中国地质大学 黄亮?? 2010年03月01日 ?? 收藏0

  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片机某个口线不断的输出“高”“低”电平,则在该口线上就能产生一定频率的方波,将该方波接上喇叭就能发出一定频率的声音,若再利用程序控制“高”“低”电平的持续时间,就能改变输出波形的频率,从而改变音调。

C调时各音符频率

  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。如果单片机某个口线输出“高”“低”电平的频率和某个音符的频率一样,那么将此口线接上喇叭就可以发出此音符的声音。

  本系统就是根据此原理设计,对于AT89C2051单片机来说要产生一定频率的方波大致是先将某口线输出高电平然后延时一段时间再输出低电平,如此循环的输出就会产生一定频率的方波,通过改变延时的时间就可以改变输出方波的频率,而单片机延时主要有两种方法:

  第一种方法是使用循环语句来实现延时,让单片机循环的执行某条指令然后根据单片机每条指令运行的时间以及循环的次数来计算延时时间。如下所示:

使用循环语句来实现延时

  在上面的延时程序中可以看出:DJNZ指令执行时间为2个机器周期,MOV指令执行时间为1个机器周期,对于单片机的晶振频率为12MHz时机器周期为1μs。因此可以根据这些指令的执行时间和每条指令的循环次.数计算出以上的延时程序延时时间大约为50ms。但这种方法的计算的延时时间不是很准确并且为达到一定的延时时间先必须进行很复杂的运算。所以在延时时间要求不严格的时候才采用这种方法。但对于电子琴电路由于每个音符的频率值要求比较严格,变化范围不能太大,因此产生方波的频率也要求比较严格,不能采用延时程序来产生此方波。

  第二种方法是使用单片机的定时/计数器延时。AT89C2051单片机内部有两个16位的定时/计数器T0和T1,单片机的定时/计数器实际上是个计数装置它既可以对单片机的内部晶振驱动时钟计数也可以对外部输入的脉冲计数,对内部晶振计数时称为定时器,对外部时钟计数时称为计数器。当对单片机的内部晶振驱动时钟计数时,每个机器周期定时/计数器的计数值就加1,当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU;对外部输入的时钟信号计数时,外部时钟的每个时钟上升沿定时/计数器的计数值就加1,当计数值达到计数最大值时计数完毕并通知单片机的CPU。因此,如果知道单片机的机器周期或者外部输入时钟信号的周期,单片机就可以根据定时器的计数值计算出定时的时间。用此方法定时十分准确,想得到多大的延时时间就可以给定时器赋一定的计数初值,定时器从预先设置的计数初值开始不断增1当增加到计数最大值时计数完毕,调整计数初值的大小就可以调整定时器定时的时间,从而达到准确的延时。本系统中就采用第二种方法通过定时/计数器延时。

  本系统的具体电路如右图所示。图中P1.1-P1.7分别接7个按键对应着乐曲中的1、2、3、4、5、6、7七个音符。P3.6口通过功率放大芯片LM386与喇叭相连。当P1.1~P1.7中有一个按键按下时单片机便执行相应的子程序对定时器赋一个计数初值同时使P3.6口输出高电平。当定时器定时结束时将P3.6口的值取反并重新赋计数初值继续计数,再次计完时再将P3.6口的值取反再赋初值计数,如此循环便在P3.6口产生一定频率的方波,LM386将此方波经过功率放大后通过喇叭输出便产生对应音符的声音。按不同的按键单片机便执行不同的子程序给定时器赋不同的初值得到不同频率的方波从而输出不同的声音,因此按一个按键输出一种音符。
在单片机的特殊功能寄存器中有6个寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用来控制单片机的定时器的,通过编程对这些特殊功能寄存器的读写就可以控制单片机的两个定时器T0、T1。当单片机复位时这6个寄存器默认值都是00H。

  (一)定时/计数器的工作方式及控制字

  特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定时器的方式控制寄存器。图2为TMOD寄存器的内部结构,图3为TCON寄存器的内部结构。TMOD和TCON是寄存器的名称,我们在写程序时就可以直接用这个名称来指定它们,当然也可以直接用它们的地址89H和88H来指定它们(其实用名称也就是直接用地址,汇编软件帮你翻译一下而已)。

TCON寄存器的内部结构

  从图2中可以看出,TMOD被分成两部份,每部份4位。分别用于控制T1和T0。

  从图3中可以看出,TCON也被分成两部份,高4位用于定时/计数器,低4位则用于中断。

  单片机定时/计数器有四种工作方式,方式0、方式1、方式2、方式3,除方式3外,T0和T1有完全相同的工作状态,下面以T1为例,分述各种方式的特点和用法。图4为定时/计数器T1在工作方式0下的内部结构图。


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AT89C2051? 电子琴? TMOD?

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