基于單片機(jī)TA89C2051的電子琴設(shè)計

聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機(jī)某個口線不斷的輸出“高”“低”電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的方波，將該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出波形的頻率，從而改變音調(diào)。

樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，表1給出C調(diào)時各音符頻率。如果單片機(jī)某個口線輸出“高”“低”電平的頻率和某個音符的頻率一樣，那么將此口線接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。

本系統(tǒng)就是根據(jù)此原理設(shè)計，對于AT89C2051單片機(jī)來說要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線輸出高電平然后延時一段時間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會產(chǎn)生一定頻率的方波，通過改變延時的時間就可以改變輸出方波的頻率，而單片機(jī)延時主要有兩種方法：

第一種方法是使用循環(huán)語句來實現(xiàn)延時，讓單片機(jī)循環(huán)的執(zhí)行某條指令然后根據(jù)單片機(jī)每條指令運行的時間以及循環(huán)的次數(shù)來計算延時時間。如下所示：

在上面的延時程序中可以看出：DJNZ指令執(zhí)行時間為2個機(jī)器周期，MOV指令執(zhí)行時間為1個機(jī)器周期，對于單片機(jī)的晶振頻率為12MHz時機(jī)器周期為1 μ s。因此可以根據(jù)這些指令的執(zhí)行時間和每條指令的循環(huán)次．?dāng)?shù)計算出以上的延時程序延時時間大約為50ms。但這種方法的計算的延時時間不是很準(zhǔn)確并且為達(dá)到一定的延時時間先必須進(jìn)行很復(fù)雜的運算。所以在延時時間要求不嚴(yán)格的時候才采用這種方法。但對于電子琴電路由于每個音符的頻率值要求比較嚴(yán)格，變化范圍不能太大，因此產(chǎn)生方波的頻率也要求比較嚴(yán)格，不能采用延時程序來產(chǎn)生此方波。

第二種方法是使用單片機(jī)的定時／計數(shù)器延時。AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部有兩個16位的定時／計數(shù)器T0和T1，單片機(jī)的定時／計數(shù)器實際上是個計數(shù)裝置它既可以對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計數(shù)也可以對外部輸入的脈沖計數(shù)，對內(nèi)部晶振計數(shù)時稱為定時器，對外部時鐘計數(shù)時稱為計數(shù)器。當(dāng)對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計數(shù)時，每個機(jī)器周期定時／計數(shù)器的計數(shù)值就加1，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到計數(shù)最大值時計數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU；對外部輸入的時鐘信號計數(shù)時，外部時鐘的每個時鐘上升沿定時／計數(shù)器的計數(shù)值就加1，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到計數(shù)最大值時計數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU。因此，如果知道單片機(jī)的機(jī)器周期或者外部輸入時鐘信號的周期，單片機(jī)就可以根據(jù)定時器的計數(shù)值計算出定時的時間。用此方法定時十分準(zhǔn)確，想得到多大的延時時間就可以給定時器賦一定的計數(shù)初值，定時器從預(yù)先設(shè)置的計數(shù)初值開始不斷增1當(dāng)增加到計數(shù)最大值時計數(shù)完畢，調(diào)整計數(shù)初值的大小就可以調(diào)整定時器定時的時間，從而達(dá)到準(zhǔn)確的延時。本系統(tǒng)中就采用第二種方法通過定時/計數(shù)器延時。

本系統(tǒng)的具體電路如右圖所示。圖中P1．1-P1．7分別接7個按鍵對應(yīng)著樂曲中的1、2、3、4、5、6、7七個音符。P3．6口通過功率放大芯片 LM386與喇叭相連。當(dāng)P1．1～P1.7中有一個按鍵按下時單片機(jī)便執(zhí)行相應(yīng)的子程序?qū)Χ〞r器賦一個計數(shù)初值同時使P3．6口輸出高電平。當(dāng)定時器定時結(jié)束時將P3．6口的值取反并重新賦計數(shù)初值繼續(xù)計數(shù)，再次計完時再將P3．6口的值取反再賦初值計數(shù)，如此循環(huán)便在P3．6口產(chǎn)生一定頻率的方波， LM386將此方波經(jīng)過功率放大后通過喇叭輸出便產(chǎn)生對應(yīng)音符的聲音。按不同的按鍵單片機(jī)便執(zhí)行不同的子程序給定時器賦不同的初值得到不同頻率的方波從而輸出不同的聲音，因此按一個按鍵輸出一種音符。
在單片機(jī)的特殊功能寄存器中有6個寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用來控制單片機(jī)的定時器的，通過編程對這些特殊功能寄存器的讀寫就可以控制單片機(jī)的兩個定時器T0、T1。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時這6個寄存器默認(rèn)值都是00H。