1、1.1自由演奏键盘区的八个按键分别对应中音的DOSI八个基本音符，演奏者可以通过按键自由演奏美妙的音乐。1.2播放功能分别按下B2 B3 功能键，该作品可以播放单片机内储存的两首歌曲。1.3教学功能按下B4功能键，演奏者可以根据发光二极管的提示进行歌曲弹奏的学习，加强对乐谱的记忆效果。1.4显示当前音调通过数码管可以显示当前音调，演奏者可以随时检验弹奏是否正确。1.5设置音量调节旋钮，实现音量调节。可外接音响，实现音量的扩大。2 总体设计2.1 系统组成及工作原理2.1.1 作品组成框图键盘区的八个按键分别对应中音的DOSI八个基本音符，按下每个按键演奏器可发出对应音调，四个功能键B2B4分别
2、对应单片机内储存的三首曲子，按下功能键可进行播放相应曲目，数码管和LED显示当前播放或弹奏的音调有利于培养乐感，加深对乐谱的记忆。另外，LED还具有音乐教学提示功能。 作品组成框图如下图所示 图1系统框图作品原理：知道了一个音符的频率后，让单片机发出相应频率的声音，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。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 =2272s （1） 图2由图2可
3、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 = 1136s （2）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 （3） 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 （4） TL = THL % 256 = （ TALL t*
4、f0/12） %256 （5） 将t=1136s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 （6） TL440Hz = （65536 1136 * 12/12）%256 = 90H （7）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。以为例加以说明，它表示乐谱中以四分音符为节拍
5、，每一小结有三拍。比如： 图3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400500ms 。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
6、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。3 硬件设计3.1 硬件组成作品硬件组成框图：图4硬件组成框图3.2 单片机核心模块AT89C52单片机特点：8K字节的FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16定时/计数器,，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。图5为单片机最小系统电路，晶振电路接单片机的18、19管脚；复
7、位电路接单片机的9管脚。图5单片机最小系统3.3 按键电路下图为八个按键电路：接52单片机的P2口，八个基本按钮键分别对应中音的DO RE MI FA SO LA XI 和高音的DO。按键按下是接地，对应IO口为低电平，扬声器发出相应的音调。图6音乐演奏按键3.4 LED电路图7为LED电路，接52单片机的P0口，演奏者可根据LED亮灭的提示进行演奏，用于音乐教学。图7 LED电路3.5 扬声器驱动电路图8为扬声器及驱动电路，接单片机的P1.0口，晶体管Q1和Q2构成两级放大用于驱动扬声器发音。图8 扬声器及其驱动电路3.6数码管显示电路图9为数码管显示电路， 接单片机的P3口，数字1-8分别
8、对应中音的DO-MI及高音DO，用于显示当前演奏的音调。图9数码管显示电路4 软件设计4.1 软件结构软件部分由按键检测模块，延迟函数模块，音调播放模块，节拍控制模块，数码管及LED显示模块组成。（1） 音调控制模块：主要利用单片机的中断程序来控制IO口高低电平转换时间。（2）节拍控制模块：主要利用单片机中断程序或延迟函数来控制音调之间的间隔。4.2 主程序设计定义储存音调参数的char型数组:song，储存节拍参数的char数组：beat，定义全局变量speaker，speaker代表扬声器接口P1.0。利用单片机的中断程序来控制IO口高低电平转换时间，利用单片机中断程序或延迟函数来控制音调
9、之间的间隔。程序流程图如图10所示。图10 音乐播放流程图定义储存音调的数组song,单片机检测到教学功能键按下，程序进入教学子程序，MCU从song数组中取一个参数，直到检测到相应按键被按下，MCU取下一个参数。教学子程序流程图如图11图11教学模块流程图5 调试及结果演示方案：1）按键演奏do re mi fa so la se do#八个基本音调，即兴演奏一首短曲。2）音乐播放，播放单片机内储存的生日快乐歌、北京欢迎您两首曲子。3）外接音响，重复上步的音乐播放演示。4）音乐教学，按功能键B4，按LED灯提示演奏欢乐颂。 附录1：作品实物图 附录2：部分音符（三个八度音）的频率以及以单片机
10、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Hz262277293311329349370392415440466494TH/TLF88BF8F2F95BF9B7FA14FA66FAB9FB03FB4AFB8FFBCFFC0B11#22#344#55#66#7523553586621658697739783830879931987FC43FC78FCABFCDBFD08FD33FD5BFD81FDA5FDC7FDE7FE05104511061171124113161393147615631658175518601971FB21FE3CFE55FE6DFE84FE99FEADFEC0FE02FEE3FEF3FF02
