引言

播放音樂最簡(jiǎn)單的方法就是采用專用音樂芯片，該方法的缺點(diǎn)是音樂芯片只能一次性燒錄，播放的內(nèi)容不可變。而采用單片機(jī)播放音樂則能克服這一缺點(diǎn)，其播放的內(nèi)容以及歌曲的數(shù)量都可以隨時(shí)修改。同時(shí)，使用軟件Proteus在產(chǎn)品開發(fā)的初期對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真無疑是一種提高效率和降低成本的好辦法，但是仿真畢竟有一定的局限性，要實(shí)踐起來可能會(huì)碰到一些問題。為此，本文通過Proteus軟件對(duì)用AT89S52單片機(jī)播放音樂進(jìn)行了仿真，指出了實(shí)際制作過程中需要注意的地方。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1．1 仿真軟件Proteus簡(jiǎn)介

Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，它支持單片機(jī)且元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。目前可支持的單片機(jī)類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。

1．2 電路設(shè)計(jì)

圖1所示是單片機(jī)音樂播放器的仿真原理圖。在Proteus仿真軟件中，按一下按鈕，蜂鷗器即可播放音樂。

事實(shí)上，按照?qǐng)D1所示原理圖來焊接電路，其結(jié)果可能沒有任何效果。而圖2所示才是單片機(jī)音樂播放器的實(shí)際制作電路。與圖1相比，實(shí)

際電路多了兩個(gè)部分：一是單片機(jī)左邊最小系統(tǒng)所需的電路部分，而仿真軟件中則將這些省略了；另一個(gè)是單片機(jī)右邊多了一個(gè)三極管。之所以要加這個(gè)三極管，主要是為了放大蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電流，而仿真軟件里面所有的元件都是理想元件，所以，仿真能實(shí)現(xiàn)的效果，實(shí)際做出來往往沒有效果。因此，要想在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)滿意的效果還要憑借硬件經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)的摸索和嘗試。

2 軟件設(shè)計(jì)

2．1 播放原理

聲音的頻譜范圍通常約為幾十到幾千赫茲，通過程序控制單片機(jī)的I／O口可輸出不同頻率的矩形波。當(dāng)該矩形波的頻率位于聲音頻譜范圍內(nèi)時(shí)，在單片機(jī)的I／O口接上喇叭就能發(fā)出聲音。然后利用延時(shí)程序控制矩形波的高、低電平持續(xù)時(shí)間，即改變矩形波的頻率，即可產(chǎn)生不同的音調(diào)，從而發(fā)出不同的聲音，再讓矩形波輸出的長(zhǎng)短對(duì)應(yīng)節(jié)拍，就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)音樂的演奏。

2．2 音調(diào)和節(jié)拍編碼

單片機(jī)奏樂只需弄清楚兩個(gè)概念，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。

由于各個(gè)音調(diào)對(duì)應(yīng)的頻率是已知的，因此，播放音樂時(shí)，應(yīng)對(duì)樂曲中出現(xiàn)的音調(diào)進(jìn)行編碼，并找出單片機(jī)播放這些音調(diào)所對(duì)應(yīng)的定時(shí)初值。表1所列是音調(diào)編碼與定時(shí)器的初值表，其中頻率是已知的，編碼可以自己設(shè)置，而定時(shí)初值是怎樣得來的呢？下面以“低6”為例進(jìn)行說明?！暗?”的頻率f為440 Hz，其對(duì)應(yīng)的周期為：T=1／f=1／440=272μs。單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I／O口來回取反的時(shí)間應(yīng)為：t=T／2=2272／2=1136μs。單片機(jī)奏樂時(shí)，其定時(shí)器為工作方式1，若以振蕩器的十二分頻信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖，如果單片機(jī)晶振為12MHz，則1μs計(jì)數(shù)一次。所以，對(duì)于“低6”，其定時(shí)器的初值應(yīng)該是：216-1136=64400。

對(duì)節(jié)拍的控制可通過延時(shí)程序來實(shí)現(xiàn)。表2所列是節(jié)拍編碼表。若以1拍的時(shí)長(zhǎng)為400ms為例，1／2拍的時(shí)長(zhǎng)為200ms，1／4拍的時(shí)長(zhǎng)為100ms。首先，這樣，確定一個(gè)基本時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)程序，比如以100ms為基本延時(shí)時(shí)間，那么，1／4拍可以調(diào)用一次延時(shí)程序，1／2拍需調(diào)用二次延時(shí)程序，1拍需調(diào)用四次延時(shí)程序，依次類推。

2．3 編程

音調(diào)和節(jié)拍都進(jìn)行過編碼后，那么，一首樂曲就可以用若干個(gè)8位的簡(jiǎn)碼表示。比如“生日快樂歌”的第一個(gè)簡(jiǎn)碼是“82H”，由表1可知，其高四位“8”表示音調(diào)“中5”，對(duì)應(yīng)的頻率是784Hz，對(duì)應(yīng)的定時(shí)器初值是64898；另由表2可知，其低四位“2”表示節(jié)拍為“2／4拍”。這樣，任意一首樂曲的簡(jiǎn)碼都可以通過樂譜提取軟件獲得，而得到簡(jiǎn)碼后，就可以編程了。圖3所示是單片機(jī)播放音樂的程序流程圖，本文使用的是定時(shí)器0，音調(diào)的高低由定時(shí)器來控制P3．7并按一定頻率取反實(shí)現(xiàn)，節(jié)拍的長(zhǎng)短由延時(shí)程序控制。流程圖中的“TABLE”是由表1中的定時(shí)初值組成的。

3 結(jié)束語

本文通過Proteus ISIS對(duì)單片機(jī)音樂播放器進(jìn)行了仿真，并在仿真的基礎(chǔ)上制作了一個(gè)音樂播放器實(shí)物，其音樂播放的效果很好。作者通過仿真與制作，對(duì)這兩者進(jìn)行了比較與總結(jié)，并給出了兩種電路圖及程序流程圖，希望能成為讀者的參考。