基于單片機(jī)TA89C2051的電子琴設(shè)計(jì)

聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線(xiàn)不斷的輸出“高”“低”電平，則在該口線(xiàn)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(shí)間，就能改變輸出波形的頻率，從而改變音調(diào)。

樂(lè)曲中，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，表1給出C調(diào)時(shí)各音符頻率。如果單片機(jī)某個(gè)口線(xiàn)輸出“高”“低”電平的頻率和某個(gè)音符的頻率一樣，那么將此口線(xiàn)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(jì)，對(duì)于AT89C2051單片機(jī)來(lái)說(shuō)要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線(xiàn)輸出高電平然后延時(shí)一段時(shí)間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的方波，通過(guò)改變延時(shí)的時(shí)間就可以改變輸出方波的頻率，而單片機(jī)延時(shí)主要有兩種方法：

第一種方法是使用循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，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(yùn)行的時(shí)間以及循環(huán)的次數(shù)來(lái)計(jì)算延時(shí)時(shí)間。如下所示：

在上面的延時(shí)程序中可以看出：DJNZ指令執(zhí)行時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期，MOV指令執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)機(jī)器周期，對(duì)于單片機(jī)的晶振頻率為12MHz時(shí)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(shí)間和每條指令的循環(huán)次．?dāng)?shù)計(jì)算出以上的延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間大約為50ms。但這種方法的計(jì)算的延時(shí)時(shí)間不是很準(zhǔn)確并且為達(dá)到一定的延時(shí)時(shí)間先必須進(jìn)行很復(fù)雜的運(yùn)算。所以在延時(shí)時(shí)間要求不嚴(yán)格的時(shí)候才采用這種方法。但對(duì)于電子琴電路由于每個(gè)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(shí)程序來(lái)產(chǎn)生此方波。

第二種方法是使用單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器延時(shí)。AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0和T1，單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器實(shí)際上是個(gè)計(jì)數(shù)裝置它既可以對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)也可以對(duì)外部輸入的脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)內(nèi)部晶振計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為定時(shí)器，對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為計(jì)數(shù)器。當(dāng)對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU；對(duì)外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)，外部時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)鐘上升沿定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)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(shí)鐘信號(hào)的周期，單片機(jī)就可以根據(jù)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)的時(shí)間。用此方法定時(shí)十分準(zhǔn)確，想得到多大的延時(shí)時(shí)間就可以給定時(shí)器賦一定的計(jì)數(shù)初值，定時(shí)器從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開(kāi)始不斷增1當(dāng)增加到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢，調(diào)整計(jì)數(shù)初值的大小就可以調(diào)整定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間，從而達(dá)到準(zhǔn)確的延時(shí)。本系統(tǒng)中就采用第二種方法通過(guò)定時(shí)/計(jì)數(shù)器延時(shí)。

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(gè)按鍵對(duì)應(yīng)著樂(lè)曲中的1、2、3、4、5、6、7七個(gè)音符。P3．6口通過(guò)功率放大芯片 LM386與喇叭相連。當(dāng)P1．1～P1.7中有一個(gè)按鍵按下時(shí)單片機(jī)便執(zhí)行相應(yīng)的子程序?qū)Χ〞r(shí)器賦一個(gè)計(jì)數(shù)初值同時(shí)使P3．6口輸出高電平。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)結(jié)束時(shí)將P3．6口的值取反并重新賦計(jì)數(shù)初值繼續(xù)計(jì)數(shù)，再次計(jì)完時(shí)再將P3．6口的值取反再賦初值計(jì)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(guò)功率放大后通過(guò)喇叭輸出便產(chǎn)生對(duì)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(shí)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(gè)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(gè)寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用來(lái)控制單片機(jī)的定時(shí)器的，通過(guò)編程對(duì)這些特殊功能寄存器的讀寫(xiě)就可以控制單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器T0、T1。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)這6個(gè)寄存器默認(rèn)值都是00H。