基于51單片機(jī)的號(hào)音自動(dòng)播放器設(shè)計(jì)

1 引言

機(jī)關(guān)、院校日常作息需要計(jì)時(shí)和號(hào)音提示，筆者利用AT89C51型單片機(jī)和LM386型音頻功率放大器構(gòu)成了自動(dòng)計(jì)時(shí)和號(hào)音播放器，成本低，效果好，值得推廣。

2 AT89C51的主要特性和引腳功能

AT89C51是帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPEROM）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器（俗稱單片機(jī)）。該單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS－51型機(jī)的指令集和輸出引腳兼容。AT89C51將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，為很多嵌入式控制提供了靈活性高且價(jià)格低廉的方案。

AT89C51的主要特性如下：

壽命達(dá)1000寫/擦循環(huán)；

數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；

全靜態(tài)工作：0Hz－24MHz；

三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；

128×8位內(nèi)部RAM；

32可編程I/O線；

2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

5個(gè)中斷源；

可編程串行通道；

低功耗閑置和掉電模式；

片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。

AT89C51引腳排列如圖1所示，引腳功能如下：

VCC（40）：＋5V。

GND（20）：接地。

P0口（39－32）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個(gè)TTL門電流。

P1口（1－8）：P1口是從內(nèi)部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個(gè)TTL門電流。

P2口（21－28）：P2口為內(nèi)部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個(gè)TTL門電流。

P3口（10－17）：P3口是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個(gè)TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口。

RST（9）：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG（30）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)1個(gè)ALE脈沖。

PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期2次PSEN有效，但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這2次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

EA/VPP（31）：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器地址為（0000H－FFFFH）不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2（18）：來(lái)自反向振蕩器的輸出。

3 號(hào)音自動(dòng)播放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

號(hào)音自動(dòng)播放系統(tǒng)如圖2所示，AT89C51的P1.0端接音頻放大模塊的IN＋端口，在音頻放大模塊的VOUT端接一個(gè)8歐姆或者16歐姆的喇叭。

3.1 電路設(shè)計(jì)及音樂(lè)編程原理

若要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)終止后就將P1.0反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。

利用AT89C51的內(nèi)部定時(shí)器使其工作計(jì)數(shù)器模式（MODE1）下，改變計(jì)數(shù)值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法產(chǎn)生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)956μs/1μs＝956，每計(jì)數(shù)956次時(shí)將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系式是：

N＝f_i÷2÷f_r

式中，N是計(jì)數(shù)值；f_i是機(jī)器頻率（晶體振蕩器為12MHz時(shí)，其頻率為1MHz）；f_r是想要產(chǎn)生的頻率。

其計(jì)數(shù)初值T的求法如下：

T＝65536－N＝65536－f_i÷2÷f_r

例如：設(shè)K＝65536，f_i＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計(jì)數(shù)值。

T＝65536－N＝65536－f_i÷2÷f_r＝65536－1000000÷2÷f_r＝65536－500000/f_r

低音DO的T＝65536－500000/262＝63627

中音DO的T＝65536－500000/523＝64580

高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059

C調(diào)各音符頻率與計(jì)數(shù)初值T對(duì)照如表1所示。

3.2 主程序流程

本系統(tǒng)主要完成作息定時(shí)和號(hào)音播放功能，因此用定時(shí)器T1中斷方式產(chǎn)生100ms基準(zhǔn)時(shí)間，再根據(jù)作息表上各段時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)基準(zhǔn)時(shí)間用軟件計(jì)時(shí)。可以用查表方式取得計(jì)數(shù)參數(shù)，計(jì)時(shí)到后將播放子程序地址送DPTR，轉(zhuǎn)入播放子程序，放2遍對(duì)應(yīng)號(hào)音后再繼續(xù)計(jì)時(shí)。主程序流程如圖3所示。

播放子程序是用T0中斷方式控制P1.0不斷取反以產(chǎn)生不同頻率音符，節(jié)拍的長(zhǎng)短靠調(diào)用200ms延時(shí)子程序次數(shù)來(lái)完成。子程序也用查表來(lái)完成。