单片机音乐中音调和节拍的确定方法:调号-音乐上指用以确定乐曲主音高度的符号。很明显一个八度就有12个半音。A、B、C、D、E、F、G。经过声学家的研究，全世界都用这些字母来表示固定的音高。比如，A这个音，标准的音高为每秒钟振动440周。 升C调：1＝#C，也就是降D调：1＝BD；277（频率）升D调：1＝#D，也就是降E调：1＝BE；311升F调：1＝#F，也就是降G调：1＝BG；369升G调：1＝#G，也就是降A调：1＝BA；415升A调：1＝#A，也就是降B调：1＝BB。466,C 262 #C277 D 294 #D(bE)311 E 330 F 349 #F369 G 392 #G415A 440. #A466 B 494 所谓1＝A，就是说，这首歌曲的“导”要唱得同A一样高，人们也把这首歌曲叫做A调歌曲，或叫“唱A调”。1＝C，就是说，这首歌曲的“导”要唱得同C一样高，或者说“这歌曲唱C调”。同样是“导”，不同的调唱起来的高低是不一样的。各调的对应的标准频率为： 单片机演奏音乐时音调和节拍的确定方法 经常看到一些刚学单片机的朋友对单片机演奏音乐比较有兴趣，本人也曾是这样。在此，本人将就这方面的知识做一些简介，但愿能对单片机演奏音乐比较有兴趣而又不知其解的朋友能有所启迪。 一般说来，单片机演奏音乐基本都是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音。因此单片机奏乐只需弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和“节拍”。音调表示一个音符唱多高的频率，节拍表示一个音符唱多长的时间。 在音乐中所谓“音调”，其实就是我们常说的“音高”。在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高，其频率f=440Hz。当两个声音信号的频率相差一倍时，也即f2=2f1时，则称f2比f1高一个倍频程, 在音乐中1（do）与 ，2（来）与 ……正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度音内，有12个半音。以1—i八音区为例， 12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。如果我们只要知道了这十二个音符的音高，也就是其基本音调的频率，我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。 知道了一个音符的频率后，怎样让单片机发出相应频率的声音呢？一般说来，常采用的方法就是通过单片机的定时器定时中断，将单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反，或者说来回清零，置位，从而让蜂鸣器发出声音，为了让单片机发出不同频率的声音，我们只需将定时器予置不同的定时值就可实现。那么怎样确定一个频率所对应的定时器的定时值呢？以标准音高A为例： A的频率f = 440 Hz,其对应的周期为：T = 1/ f = 1/440 =2272μs 由上图可知,单片机上对应蜂鸣器的I/O口来回取反的时间应为：t = T/2 = 2272/2 = 1136μs这个时间t也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，单片机奏乐时，其定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f0，则定时器的予置初值由下式来确定： t = 12 *（TALL – THL）/ f0 式中TALL = 216 = 65536,THL为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为： TH = THL / 256 = ( TALL – t* f0/12) / 256 TL = THL % 256 = ( TALL – t* f0/12) %256 将t=1136μs代入上面两式（注意：计算时应将时间和频率的单位换算一致），即可求出标准音高A在单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值为 ： TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H根据上面的求解方法，我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。 音符的节拍我们可以举例来说明。在一张乐谱中，我们经常会看到这样的表达式，如1=C 、1=G …… 等等，这里1=C,1=G表示乐谱的曲调，和我们前面所谈的音调有很大的关联， 、 就是用来表示节拍的。以 为例加以说明，它表示乐谱中以四分音符为节拍，每一小结有三拍。比如： 其中1 、2 为一拍，3、4、5为一拍，6为一拍共三拍。1 、2的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，3、4的时长为八分音符的一半，即为十六分音符长，5的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，6的时长为四分音符长。那么一拍到底该唱多长呢？一般说来，如果乐曲没有特殊说明，一拍的时长大约为400—500ms 。我们以一拍的时长为400ms为例，则当以四分音符为节拍时，四分音符的时长就为400ms，八分音符的时长就为200ms，十六分音符的时长就为100ms。可见，在单片机上控制一个音符唱多长可采用循环延时的方法来实现。首先，我们确定一个基本时长的延时程序，比如说以十六分音符的时长为基本延时时间，那么，对于一个音符，如果它为十六分音符，则只需调用一次延时程序，如果它为八分音符，则只需调用二次延时程序，如果它为四分音符，则只需调用四次延时程序，依次类推。通过上面关于一个音符音调和节拍的确定方法，我们就可以在单片机上实现演奏音乐了。具体的实现方法为：将乐谱中的每个音符的音调及节拍变换成相应的音调参数和节拍参数，将他们做成数据表格，存放在存储器中，通过程序取出一个音符的相关参数，播放该音符，该音符唱完后，接着取出下一个音符的相关参数……，如此直到播放完毕最后一个音符，根据需要也可循环不停地播放整个乐曲。另外，对于乐曲中的休止符，一般将其音调参数设为FFH，FFH，其节拍参数与其他音符的节拍参数确定方法一致，乐曲结束用节拍参数为00H来表示。下面给出部分音符（三个八度音）的频率以及以单片机晶振频率f0=12Mhz，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的予置初值 ： C调音符 频率Hz 262 277 293 311 329 349 370 392 415 440 466 494TH/TL F88B F8F2 F95B F9B7 FA14 FA66 FAB9 FB03 FB4A FB8F FBCF FC0BC调音符 1 1# 2 2# 3 4 4# 5 5# 6 6# 7频率Hz 523 553 586 621 658 697 739 783 830 879 931 987TH/TL FC43 FC78 FCAB FCDB FD08 FD33 FD5B FD81 FDA5 FDC7 FDE7 FE05C调音符 频率Hz 1045 1106 1171 1241 1316 1393 1476 1563 1658 1755 1860 1971TH/TL FB21 FE3C FE55 FE6D FE84 FE99 FEAD FEC0 FE02 FEE3 FEF3 FF02
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微处理器及微型计算机的发展概况 第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表， 第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。 INTEL CPU 发展历史Intel第一块CPU 4004,4位主理器,主频108kHz,运算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百万条指令),集成晶体管2,300个,10微米制造工艺,最大寻址内存640 bytes,生产曰期1971年11月. 8085,8位主理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6,500个,3微米制造工艺,最大寻址内存64KB,生产曰期1976年 8086,16位主理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产曰期1978年6月. 80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度20~60MIPs,集成晶体管1.2M个,1微米制造工艺,168针PGA,最大寻址内存4GB,缓存8/16/32/64KB,生产曰期1989年4月 Celeron一代, 主频266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产曰期1998年4月) Pentium 4 (478针),至今分为三种核心:Willamette核心(主频1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工艺),Northwood核心(主频1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工艺, 二级缓存512K),Prescott核心(主频2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13条全新指令集SSE3),生产曰期2001年7月. 更大的缓存、更高的频率、 超级流水线、分支预测、乱序执行超线程技术 微型计算机组成结构单片机简介单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。 三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 机器语言就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。 面向对象语言 C++，Java等编程语言是面向对象的语言。 1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础（一） 十进制ND有十个数码：0～9，逢十进一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1加权展开式以10称为基数，各位系数为0～9，10i为权。 一般表达式：ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+… （二） 二进制NB两个数码：0、1, 逢二进一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权。 一般表达式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+… （三）十六进制NH十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F，16i为权。 一般表达式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+… 二、不同进位计数制之间的转换 （二）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换 1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例： 2. 小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例： 三、带符号数的表示方法 机器数：机器中数的表示形式。真值： 机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：[X1]机= 01010100 [X2]机= 11010100(二)原码、反码、补码最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“－”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 =－ 1010100B 机器数： [x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。 正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。 例 8位反码机器数： x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100 x= -4： [x]原= 10000100 [x]反= 111110113、补码（Two’s Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码等于2n－abs（x）8位机器数表示的真值四、 二进制编码例：求十进制数876的BCD码 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B 2、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算 机与计算机、计算机与外设之间传递信息。 3、汉字编码 “国家标准信息交换用汉字编码”（GB2312-80标准），简称国标码。 用两个七位二进制数编码表示一个汉字 例如“巧”字的代码是39H、41H汉字内码例如“巧”字的代码是0B9H、0C1H1·4 运算基础 一、二进制数的运算加法规则：“逢2进1” 减法规则：“借1当2” 乘法规则：“逢0出0，全1出1”二、二—十进制数的加、减运算 BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施：即“加六修正”和“减六修正”例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 ＋ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 ……调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位 例： 10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 － 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 － 0 1 1 0 ……调整 0 0 0 1 1 0 0 1 三、 带符号二进制数的运算 1.5 几个重要的数字逻辑电路编码器译码器计数器微机自动工作的条件程序指令顺序存放自动跟踪指令执行1.6 微机基本结构微机结构各部分组成连接方式1、以CPU为中心的双总线结构；2、以内存为中心的双总线结构；3、单总线结构CPU结构管脚特点 1、多功能；2、分时复用内部结构 1、控制; 2、运算; 3、寄存器; 4、地址程序计数器堆栈定义 1、定义；2、管理；3、堆栈形式
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