基于单片机的音乐门铃设计

基于单片机的音乐门铃设计内容摘要：

=2个时钟周期 =12 个振荡周期 指令周期 每行一条指令所占用的全部时间。 一个指令周期通常由 1~4 个机器周期组成。 AT89S52 系统中，有单周期指令、双周器指令等。 如：外接晶振频率为 f=12MHz，则四个基本周期的具体数值为： 振荡周期 =1/12181。 s 时钟周期 =1/6181。 s 机器周期 =1181。 s 指令周期 =1~4181。 s 放大器 通常我们用的三极管，其放大倍数都是不相同的，我们选择放大器时，可以用万用表进行测出其放大系数： S9014A 的放大倍数在 60～ 150 之间， S9014B 放大倍数在 100～ 300 之间，S9014C 在 200～ 600 间， S9014D 在 400～ 1000 间。 且 A、 B、 C 类放大器实际测量一般都是偏向大数的， D 类多为中间值。 我在这次设计中，根据需要我选用了S9014C 型放大器。 其结构示意图如图 34： 图 34 三极管 S9014C 该三极管为 NPN 型结构，以上是 NPN 型三极管示意图，它是由两个 N 型半 16 导体和中间一块 P 型 半导体构成。 由图可见发射区和基区之间形成的 PN 结为发 射极，而集电区和基区构成的 PN 结为集电极，三个引脚分别为发射极 E、基极 B、集电极 C。 扬声器 这次设计我选用了 8 欧姆 、 的扬声器。 其价格便宜、使用方便、易于 安装等特点，在 很多行业都应用广泛。 （例如：电子门铃、在学校的实验器材室 也很多，收音机等也会用到这类器材） 电源部分 音乐门铃所需要的电源很小，仅仅需要 5V 的电源足矣，还可以使用 5V的蓄电池提供。 只要将电源的正极同单片机的 Vcc 接口直接连接，然后将电源的负极和单片机的 Vss 接口直接连接就可以了。 硬件电路图 硬件电路图见附表 A 17 软件的编写及分析 设计的原理 根据我们所学的有关单片机的知识，我们可以利用中断系统来控制音乐门铃，控制音乐的播放 程序。 同时加内部晶振工作原理，就可以使其它信号转换为电信号输出，这样来实现整个系统的工作。 当有人按下门铃时，音乐程序开始运行，扬声器就立马响起音乐，在音乐响起时，当再有键按下时，且不受影响。 当一首音乐播放完，按下门铃，且在播放第二首音乐。 当主人来应答时，如果他不希望音乐继续播放可以按下控制停止按钮。 信号传给单片机时，无论门铃是否在播放音乐，都要执行该程序。 设计的设定参数 要实现一个设计的正常运行，必须给他设定必要的参数，就必须正确的选择控制寄存器，我在设计中选择了特殊功能寄存器 TMOD，其地址 为 89H，由他来决定 T0 和 T1 的工作方式，在使用定时器 /计数器之前，要根据需要，对他进行初始化。 TMOD 的各个位定义如表 41 所示： 表 41 TMOD 的各个位定义 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 T1 T0 其中高四位表示控制定时器 T1，低四位控制定时器 T0。 M M0：工作方式选择位。 定时器 /计数器具有 4 种工作方式，由 MM0 位来定义，如表 42 所示： C/T：选择计数器或定时器的功能，决定哪一个脉冲源计数， C/T=1 为计数器的功能， C/T=0 是定时器的功能， GATE：选通控制， GATE=0，由软件控制TR0 和 TR1 位启动定时器，定时计数器启停仅受 TR1 的控制； GATE=1，由外部中断引脚 INT0()和 INT1()输入电平分别控制 T0 和 T1 运行。 18 表 42 定时器 /计数器工作方式 本设计中选用 T0 方式 1 来控制音乐程序，设计中的主要参数有： C/T=0、 GATE=0、 M M0 等于 1 或 0。 由于执行音乐程序和停止程序需要开关控制，所以中会用到中断系统，在单片机中会用到三类五个中断源，其中两个为外部中断请求 INT0 和 INT1，由（ 和 输入），两个为片内定时器 /计数器 T0 和 T1 的溢出中断请求 YF0 和 TF1，另外一个为片内串行口中断请求 TI 和 RI。 这次设计中我用到了外部中断源 INT1()口控制停止程序的运行，用定时器 T0（ ） 口控制音乐程序的运行。 在上述过程中我已经阐述过，当音乐程序运行时若有停止信号输入时，且运行程序，这就需要中断优先级的判断，中断优先级越高的就会先运行。 中断优先级寄存器（ IP）如表 43 所示。 表 43 中断位地址分布 IP / / / PS PT1 PX1 PT0 PX0 位地址 BFH BEH BDH BCH BBH BAH B9H B8H 因为设计中外部中断 1 为高优先级，所以 PX1=1。 系统流程图 流程图如图 41 所示： M1 M0 工作方式 功能说明 0 0 方式 0 13 位定时器 /计数器 0 1 方式 1 16 位定时器 /计数器 1 0 方式 2 可自动再装入的 8 位定时器 /计数器 1 1 方式 3 把定时器 /计 数器 0 分成 2 个 8 位的计数器 ,关闭定时器 /计数器 19 图 41 系统设计流程图 音乐程序 对 TMOD 赋初始值 将第一首音乐的节拍码赋予 (30H)中 将音符的简谱码赋予 DPTR 中 查表取值 =0? A=0。 播放第 (30H)首 将后面的音乐节拍码赋予 (30H ) Y Y NY NY 开始 20 音乐程序的设计原理 如果使用单片机控制音乐，那么它所控制的只能是单音频率，所以用单片机演奏乐曲只需要弄清楚两个概念即可。 也就是“音调”和“节拍”这两个概念。 音调表示一个音符唱多高的频率，节奏表示一个音唱多长的时间。 音乐中所说的音调就是说， 7这十二个音调，它的分度基本上是以对数关系来划分的，所以，我们只要知道了十二个音符的音高，也就是基本音调的频率，我们就可以根据倍频程的关系得到其他 基本音调的频率。 通常采用的方法就是通过单片机的定时器定时中断，将单片机上的对应交流喇叭的 I/O 来回取反，或者说来回取零、置位，从而让交流喇叭发出声音。 为了让单片机控制不同的声音，不同频率的音乐，我们要将定时器预置不同的定时值才可以实现。 关于音乐的节奏，我们还可以举例来说明。 在一张乐谱中，我们经常会看到一些表达式，用来表示节拍的。 如 C=44 ，其中 44 就是表示接拍的。 “新年好”大家一定很熟悉的，其中有一段简谱是这样的： 1=C ︱ 3 3 3 1︱ 1 3 5 5︱ ，其中的 3 3 3 为一拍， 1 各为一拍， 1 3 5 为一拍， 5 为一拍，一共四拍。 其中既有四分音符，又有八分音符。 那么一般来说一拍应该唱多长呢。 如果乐曲没有说明，一拍时常大约为 400～ 500ms。 我以一拍 400ms 为例，则当以四分音符为节拍，四分音符时长为 400ms，八分音符时长为 200ms，十六分音符时长为 100ms。 因此在单片机上控制一个音符唱多长，可采取循环延时的方式来控制实现，首先，我们应确定一个基本时长的延时程序。 如果它是以十六分音符的时长为一个基本延时时间， 那么，对于一个音符，十六分音符只需调用一次延时程序，如果它为八分音符，则需要调用两次延时程序，如果它为四分音符，就需要调用四次延时程序，其他的可以以此类推。 按照这样的方法，对音符音调和节拍的确定方法，我们就可以在单片机上进行音乐演奏了。 音乐程序的编写原理 要在单片机上演奏音乐，我们还需要搞清楚它的原理。 单片机演奏的原理是，通过控制定时器的定时来产生不同的方波，驱动交流喇叭发音后就发出不同音节 21 的声音；再利用延时来控制发音时间的长短，即可控制音调中的节拍，把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数或 延时常数，做成数据表格存放在储存器中，有程序查表得到定时常数或延时常数，分别用以控制定时器产生方波的频率和发出该频率方波持续的时间。 当延迟时间到时，再查一下音符的定时长数和延时常数，依次进行下去的话，就可以自由演奏出悦耳动听的音乐了。 下面我就以12MHz 晶振为例，里列出高低音符与单片机计时器 T0 相关的计数值，如表 44所示： 表 44 音符、频率、简谱码关系 音符 频率（ HZ） 简谱码（ T 值） 音符 频率（ HZ） 简谱码（ T值） 低 1 DO 262 63628 4 FA 740 64860 1 DO 277 63731 中 5 SO 784 64898 低 2 RE 294 63835 5 SO 831 64934 2 RE 311 63928 中 6 LA 880 64968 低 3 M 330 64021 6 932 64994 低 4 FA 349 64103 中 7 SI 988 65030 4 FA 370 64185 高 1 DO 1046 65058 低 5 SO 392 64260 1 DO 1109 65085 5 SO 415 64331 高 2 RE 1175 65110 低 6 LA 440 64400 2 RE 1245 65134 6 466 64463 高 3 M 1318 65157 低 7 SI 494 64524 高 4 FA 1397 65178 中 1 DO 523 64580 4 FA 1480 65198 1 DO 554 64633 高 5 SO 1568 65217 中 2 RE 587 64684 5 SO 1661 65235 2 RE 622 64732 高 6 LA 1760 65252 中 3 M 659 64777 6 1865 65268 中 4 FA 698 64820 高 7 SI 1967 65283 我们还可以为这些音符建立一个表格，有助于单片机通过查表的方式获得相 22 关音符的相应的数据： TABLE: DW 63628,63835,64021,64103,64260,64400,64524 DW 63731,63928,0,64185,64331,64463 DW 64580,64684,64777,64820,64898,64968,65030 DW 64633,64732,0,64860,64934,64994 DW 65058,65110,65157,65178,65217,65252,65283 DW 65085,6 5134,0,65198,65235,65268 DW 0 用定时器 T0 方式 1 来产生歌谱中各音符对应频率的方波，由 输出驱动交流喇叭发声。 节拍的控制可以调用延时子程序 DELAY（延时 100ms）的次数来实现，现以每拍 40。