基于单片机的电子音乐门铃设计(5)

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

图3.13 三极管引脚介绍

第4章 系统软件设计

4.1 单片机发声概述

一般来说，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐振频率。单片机演奏的音乐基本都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需能清楚“音调”和“节拍”两个概念即可。 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。 知道了一个音符的频率后，便可以让单片机发出相应频率的振荡信号，从而产生相应的音符声音。通过单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。 4.1.1 音调

音调主要由声音的频率决定。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降，高频纯音的音调却随响度增加而上升。

音调的高低还与发声体的结构有关，因为发声体的结构影响了声音的频率。大体上，2000 赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降，3000 赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。

例如，在音乐中常常把中音C上方的A音定位标准高音，其频率F=440HZ，其余音均与其进行比较。F1和F2为两个音符，如果这两个音符的频率相差一倍时，也即F2=2*F1时，则称F2比F1高一个频程。

在音乐中音符1与音符2，音符2与音符3??等等之间正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度内，有12个半音。由于人耳的听觉效果，这12个音阶的分度基本上是以对数的关系来划分的。只要知道12个音符的音高，也就是其基本频率，就可以根据音符之间的倍频关系得到其他音符的基本音调频率[3]。

以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为： T=1/F=1/440=2272us

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因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是t=T/2=2272/2=1136us

也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。如果单片机采用定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振荡器频率为f，则定时器的预置初始值有以下公式来确定：

Temp = 65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC) TH = Temp /256 TL = Temp %6 4.1.2 节拍

在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或 称一拍。拍子的时值是以音符的时值来表示的，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍），也可以是二分音符（以二分音符为一拍）或八分音符（以八分音符为一拍）。

拍子的时值是一个相对的时间概念，比如当乐 曲的规定速度为每分钟 60 拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一 秒；当规定速度为每分钟 120 拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一 秒，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起。例如，当以四分音符为一拍时，一个全音符相当于四拍，一个二分音符相当于两拍， 八分音符相当于半拍，十六分音符相当于四分之一拍；如果以八分音符做为 一拍，则全音符相当于八拍，二分音符是四拍，四分音符是两拍，十六分音符是半拍。

对于一拍的发音时间，如果乐曲没有特殊说明，一般来说，一拍大约为400~450ms。

我们利用单片机的内部定时器TO，使其工作在计数器模式MODE l下．韧始化适当的计数值THO及TLO以计时这个半周期时间．每当计时时间到后就将输出脉冲的IO口反相．然后重复计时此半周期时间。

再对IO口反相．就可在单片机IO引脚上得到此频率的脉冲。IO引脚脉冲接三极管作音频功放，然后辅出到扬声器．从而发出美妙的乐音。

通过音频功放电路，把信号输出到扬声器，播出美妙的音乐。只要一按下按钮，就会有音乐播出，等一首歌播放完毕后，当再次按下按钮，就会播放下一首音乐，如此循环。本系统可以奏出五首不同旋律的歌曲。

4.2 编程软件KeilC51

KeilC51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。 KeilC51软件界面如图4.1：

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图4.1 KeilC51软件界面 该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、C语言及二者的混合编程。

4.3画图软件Protel99SE

Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA软件设计，采用设计库管理模式，可以网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位设计软件，可以完成电路原理图设计，印刷电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。 Protel99SE软件的特点：

（1） 可生成30多种格式的电气连接网络表； （2） 强大的全局编辑功能；

（3） 在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；

（4） 同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元

器件、引脚、网络

（5） 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释

（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性； （6） 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国际库）；方便易用

的数模混合仿真（兼容SPICE 3F5）;

（7） 支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；PCB可设

计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；

（8） 强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查； （9） 智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；

（10）提供大量的工业化标准电路板作为设计模板； （11）放置汉字功能；

（12）可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交

换；

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（13）智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；

（14）方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果； （15）独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；

（16）强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴

片机文件、测试点报告等；

（17）经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直

接从PCB启动；

（18）反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；

Protel99SE的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。 Protel99SE软件界面如图4.2。

图4.2 Prtel99SE软件界面

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4.4 系统总体程序流程图

第5章 调试与实现

5.1调试过程

这是本设计较为困难的一部分，需要经过反反复复的调试，才能达到理想中的效果，以下将分文硬件与软件两部分介绍此次调试的过程，以及调试过程中遇到的困难和解决办法。

程序主要取自一个音乐播放程序，但没有功率放大部分，更没有多音乐轮流播放部分，按钮部分。

在此基础之上，首先是对其进行一定的修改，在保留原来音乐播放程序的前提下，进行主程序的设计，首先对所有端口进行初始化操作，接着进入不断循环部分，直到按键按下，进入防止抖动程序，如果不是抖动，则进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，再次进入等待按键按下部分，直到第二次按键按下，再次进入防止抖动程序，如果不是抖动，则再次进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，直到第三次按键按下，最后一次次进入防止抖动程序，如果不是抖动，则最后一次次进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，回到循环起点，等待第四次按键按下部分，如此类推。

在keil软件经不断改进后，生成hex文件，再用开发板烧入程序，并通过stc-isp烧录软件烧录后，最终得以完成。

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