以單片機AT89S52為核心的樂曲編輯發(fā)生器的設(shè)計

1引言

基于RTX51的樂曲編輯發(fā)生器以AT89S52單片機為控制核心，操作者可以通過4×4矩陣鍵盤輸入約定格式的任意樂曲，按“播放”鍵后，系統(tǒng)便開始播放所編輯的樂曲，并且音調(diào)和節(jié)拍都可以由單片機精確控制。為了降低成本，在最小硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件來實現(xiàn)，系統(tǒng)軟件是在面向MCS-51系列單片機的嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTX51Tiny平臺上，用C51高級語言和MCS-51匯編語言混合編程而開發(fā)的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

為了今后能夠在線升級用戶應(yīng)用程序，采用帶ISP接口的單片機AT89S52為核心構(gòu)成樂曲編輯發(fā)生器。AT89S52具有快速8051內(nèi)核、8 KB FlashE2PROM、256 B IDATA RAM，完全符合運行RTX51Tiny的硬件要求。筆者已研制了AT89S51/52的目標(biāo)程序PC機下載軟件，無需編程器即可完成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

為了設(shè)計編輯任意樂曲的人機界面，采用4×4矩陣鍵盤作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，采用點陣式液晶顯示模塊TC1602A作為系統(tǒng)的輸出設(shè)備。為了存儲和讀出任意樂曲，采用帶I2C串行接口的E2PROM存儲器AT24C02。為了放大單片機AT89S52產(chǎn)生的樂曲聲音，采用了功率放大器LM386。系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖1所示。

3 樂曲編輯和播放的軟件實現(xiàn)

3.1 單片機產(chǎn)生音頻矩形脈沖的方法

利用單片機的內(nèi)部定時器T1并使其工作在定時器工作方式1（16 bit定時），改變T1的計數(shù)初值，就可以在單片機的I/O引腳端產(chǎn)生不同頻率的音頻矩形脈沖。

例如，音頻矩形脈沖信號的頻率為523 Hz，則其周期T=1/523=1912μs，因此，只要讓計數(shù)器定時1912μs÷2=956μs，當(dāng)定時956μs到的時候，將AT89S52的樂曲輸出引腳P3.7反相，就可得到中音DO（523 Hz）。

單片機定時器計數(shù)初值T與單片機內(nèi)部機器周期信號頻率Fi和音頻矩形脈沖信號頻率Fr的關(guān)系如下。

為了敘述方便，不妨把定時器計數(shù)初值T稱為簡譜碼。

3.2 樂曲的音調(diào)表示方法

單片機播放樂曲的過程，主要是用單片機來識別所編輯的樂曲并播放出來。單片機需要識別樂曲中的音調(diào)和音長（音長亦稱為節(jié)拍），本設(shè)計用字母A～Z來代表樂曲的各個音調(diào)。數(shù)字0作為音調(diào)的結(jié)束標(biāo)志，如表1所示。

3.3 樂曲編輯的軟件實現(xiàn)方法

在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，已將按鍵處理作為一個任務(wù)即“按鍵處理任務(wù)”，它的主要功能是編輯樂曲。“按鍵處理任務(wù)”的執(zhí)行需要“鍵盤掃描任務(wù)”向它發(fā)送信號來觸發(fā)執(zhí)行。“按鍵處理任務(wù)”的C51源程序如下。

3.4 樂曲播放的軟件實現(xiàn)方法

在設(shè)計“播放任務(wù)”程序時，利用AT89S52內(nèi)部的定時器T1定時溢出中斷來產(chǎn)生音調(diào)的頻率，并利用RTX51操作系統(tǒng)的os_wait2（K_TMO,ticks）函數(shù)來產(chǎn)生音長。“播放任務(wù)”的C51源程序如下：

3.5 系統(tǒng)軟件流程

根據(jù)對系統(tǒng)功能的分析，把系統(tǒng)軟件分解為5個任務(wù)，具體如下：

任務(wù)0：系統(tǒng)初始化任務(wù)，包括TC1602A的初始化、定時器T1的初始化、中斷初始化。在啟動任務(wù)1～任務(wù)4后，自動刪除任務(wù)0，使得任務(wù)0只在系統(tǒng)上電復(fù)位時執(zhí)行一次。

任務(wù)1：鍵盤掃描任務(wù)。每隔50 ms執(zhí)行1次，掃描所得的鍵值存于全局變量keycode，然后向“按鍵處理任務(wù)”發(fā)信號。

任務(wù)2：按鍵處理任務(wù)。等待信號，根據(jù)鍵值keycode完成相應(yīng)處理，實現(xiàn)的功能包括樂曲的編輯、樂曲的保存和讀取等。

任務(wù)3：播放任務(wù)。等待信號，按照音調(diào)和音長播放樂曲。

任務(wù)4：顯示刷新任務(wù)。根據(jù)光標(biāo)指針變量的值在液晶屏上顯示樂曲數(shù)據(jù)（音調(diào)和音長）。

系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

本文給出了以單片機AT89S52為核心構(gòu)成的任意樂曲編輯發(fā)生器，具有硬件電路簡單、操作界面友好、使用方便的特點。該系統(tǒng)已投入運行，播放出來的樂曲效果良好，音調(diào)和節(jié)拍都由單片機控制得相當(dāng)準(zhǔn)確。