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<TITLE>单片机音乐程序的设计与实验</TITLE>
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<B><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="CENTER" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">单片机音乐程序的设计与实验</P>
</font></B><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="CENTER" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">周振安</P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0"> 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音实验出发，谈谈音乐程序的设计原理，并给出具体实例，以供参考。</P>
</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=3>
<OL>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2><LI>
<p style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">单片机的基本发音实验</LI></p>
</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=3>
<p style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0"></P></OL>
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">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。</P>
</FONT>
</FONT>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>例如，要产生</font><FONT SIZE=2>200HZ</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的音频信号，按图</FONT><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>接入喇叭（若属临时实验，也可将喇叭直接接在</FONT><FONT SIZE=2>P1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>口线上），实验程序为：</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>	其中子程序</font><FONT SIZE=2>DEL</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>为延时子程序，当</FONT><FONT SIZE=2>R3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>为</FONT><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>时，延时时间约为</FONT><FONT SIZE=2>20us</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>，</FONT><FONT SIZE=2>R3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>中存放延时常数，对</FONT><FONT SIZE=2>200HZ</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>音频，其周期为</FONT><FONT SIZE=2>1/200</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>秒，即</FONT><FONT SIZE=2>5ms</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>。这样，当</FONT><FONT SIZE=2>P1.4</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的高电平或低电平的持续时间为</FONT><FONT SIZE=2>2.5ms</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>，即</FONT><FONT SIZE=2>R3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的时间常数取</FONT><FONT SIZE=2>2500/20=125(7DH)</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>时，就能发出</FONT><FONT SIZE=2>200HZ</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的音调。将上述程序键入学习机，并不断修改</FONT><FONT SIZE=2>R3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的常数可以感到音调的变化。</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>	乐曲中，每一音符对应着确定的频率，表</font><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>给出</FONT><FONT SIZE=2>C</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>调时各音符频率及其相应的时间常数。</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>读者可以根据表</font><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>所提供的常数，将其</FONT><FONT SIZE=2>16</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>进制代码送入</FONT><FONT SIZE=2>R3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>，反复练习体会。根据表</FONT><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>可以奏出音符。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。</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>音符的节拍我们可以用定时器</font><FONT SIZE=2>T0</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>来控制，送入不同的初值，就可以产生不同的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟</FONT><FONT SIZE=2>94</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>拍，即一拍为</FONT><FONT SIZE=2>0.64</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>秒。其它节拍与时间的对应关系见表</FONT><FONT SIZE=2>2</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>。</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>但时，由于</font><FONT SIZE=2>T0</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的最大定时时间只能为</FONT><FONT SIZE=2>131</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>毫秒，因此不可能直接用改变</FONT><FONT SIZE=2>T0</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>的时间初值来实现不同节拍。我们可以用</FONT><FONT SIZE=2>T0</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>来产生</FONT><FONT SIZE=2>10</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>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</FONT><FONT SIZE=2>2</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>中也给出了各种节拍所对应的时间常数。例如对</FONT><FONT SIZE=2>1/4</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>拍音符，定时时间为</FONT><FONT SIZE=2>0.16</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>秒，相应的时间常数为</FONT><FONT SIZE=2>16</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>（即</FONT><FONT SIZE=2>10H</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>）；对</FONT><FONT SIZE=2>3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>拍音符，定时时间为</FONT><FONT SIZE=2>1.92</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>秒，相应时间长数为</FONT><FONT SIZE=2>192</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>（即</FONT><FONT SIZE=2>C0H</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>）。</font></P>
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">我们将每一音符的时间常数和其相应的节拍常数作为一组，按顺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，就可以实现演奏效果。</P>
</FONT>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>此外，结束符和体止符可以分别用代码</font><FONT SIZE=2>00H</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>和</FONT><FONT SIZE=2>FFH</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>来表示，若查表结果为</FONT><FONT SIZE=2>00H</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>，则表示曲子终了；若查表结果为</FONT><FONT SIZE=2>FFH</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>，则产生相应的停顿效果。</font></P>
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">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同的音符。</P>
</FONT>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>程序框图如图</font><FONT SIZE=2>2</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>所示。</font></P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>下面给出程序序请单，可直接在</font><FONT SIZE=2>TD-III</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>型学习机上演奏，对其它不同型号的学习机，只需相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”，</FONT><FONT SIZE=2>C</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>调，节奏为</FONT><FONT SIZE=2>94</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>拍</FONT><FONT SIZE=2>/</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>分。读者也可以自行找出一首歌，按表</FONT><FONT SIZE=2>1</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>和表</FONT><FONT SIZE=2>2</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>给定的常数，将乐曲翻译成码表输入机器，而程序不变。本实验方法简便，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。</font></P>
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">程序清单（略，请参看源程序的说明）。</P>
<P ALIGN="JUSTIFY" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0"><IMG SRC="Image1.gif" WIDTH=532 HEIGHT=607></P>
</FONT>
<P ALIGN="RIGHT" style="line-height: 150%; margin-top: 0; margin-bottom: 0">
<FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>《无线电》</font><FONT SIZE=2>1992</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>年第</FONT><FONT SIZE=2>3</FONT><FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE=2>期。</font></P></BODY>
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