電子音響報(bào)告(完整版)

1、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告-單片機(jī)原理及應(yīng)用專(zhuān)業(yè)：電子信息工程班級(jí)：110406姓名：陳瑩學(xué)號(hào)：20111606指導(dǎo)教師：宋宇2014年7月18日 電子音響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解計(jì)算機(jī)發(fā)出不同音調(diào)聲音的編程方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用定時(shí)器產(chǎn)生不同頻率的方法，組成的樂(lè)譜由單片機(jī)進(jìn)行信息處理，經(jīng)過(guò)放大后用8031的P1.0口輸出音樂(lè)。3、 預(yù)備知識(shí) 1.單片機(jī)音樂(lè)演奏控制通過(guò)控制內(nèi)部定時(shí)器T0來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波，從而驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出不同音符的聲音。樂(lè)譜中每一個(gè)音符都與某一個(gè)特定的頻率相對(duì)應(yīng)。發(fā)音的長(zhǎng)短時(shí)間用定時(shí)器T1來(lái)控制。把譜中的音符對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換成定時(shí)器T0常數(shù)，相應(yīng)的節(jié)拍變?yōu)門(mén)l常數(shù)。通過(guò)對(duì)歌譜編碼，來(lái)到不同

2、的表里查出對(duì)應(yīng)的調(diào)式、速度、聲音的頻率及節(jié)拍，然后根據(jù)所查的結(jié)果到相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器中取出這些常數(shù)送入定時(shí)器。（1）要產(chǎn)生音頻信號(hào)，只要知道某一音頻的周期（1/頻率），然后將此周期除以2即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器定時(shí)產(chǎn)生半周期時(shí)間，計(jì)時(shí)到后反相輸出，重復(fù)此過(guò)程即得到此頻率的脈沖信號(hào)。（2）讓定時(shí)器工作在定時(shí)方式，改變定時(shí)時(shí)間常數(shù)TH0及TL0，以產(chǎn)生不同的頻率。（3）把整首歌曲的樂(lè)譜信息存儲(chǔ)在單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中一段連續(xù)的區(qū)域。每個(gè)音符使用一個(gè)字節(jié)，字節(jié)的高四位代表音符的高低，低四為代表音符的節(jié)拍。但如果1拍為0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。假設(shè)1/4節(jié)拍為1DE

3、LAY，則1拍應(yīng)為4DELAY，以此類(lèi)推。所以只要求得1/4拍的DELAY時(shí)間，其余的節(jié)拍就是它的倍數(shù)。演奏時(shí)連續(xù)讀取音符數(shù)據(jù)，在程序中分析處理后輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。2. 51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。當(dāng)前常用的5

4、1系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：*Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；*Philips、華邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的許多產(chǎn)品 8031和8051是最常見(jiàn)的51系列單片機(jī)，是inter公司早期的成熟的單片機(jī)產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè)。8031是有8個(gè)部件組成，即CPU，時(shí)鐘電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行口（P0P3）串行口，定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線(xiàn)連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)。中央處理器是8031的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，

5、把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到CPU或CPU數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHZ的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列，需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容。內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在8031中無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。8031有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。8031有五個(gè)中斷源，既外部中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級(jí)。8031的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝。

6、8031有一個(gè)全雙工串行口，這個(gè)串行口既可以在程序下把CPU的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)一位一位的從發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)發(fā)送出去，也可以把串行數(shù)據(jù)接受進(jìn)來(lái)變成并行數(shù)據(jù)給CPU，而且這種串行發(fā)送和接收可以單獨(dú)進(jìn)行也可以同時(shí)進(jìn)行。8031的串行發(fā)送和接收利用了P3口的第二功能，利用P3.1做串行數(shù)據(jù)接收線(xiàn)，串行接口的電路結(jié)構(gòu)還包括了串行口控制寄存器SCON，電源及波特率選擇寄存器PCON和串行緩沖寄存器SBUF，他們都屬于SFR，PCON和SCON用于設(shè)置串行口工作方式和確定數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，SBUF用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)起到緩沖的作用。綜上原因，故本次實(shí)驗(yàn)中，采用8031單片機(jī) 3.本次設(shè)計(jì)，編寫(xiě)軟件使用的是匯

7、編語(yǔ)言。因?yàn)閰R編語(yǔ)言是面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言，助記符指令和機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快，用匯編語(yǔ)言能編寫(xiě)出最優(yōu)化的程序。能直接管理和控制硬件設(shè)備（功能部件），它能處理中斷，也能直接訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器及I/O接口電路。四、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖5、 實(shí)驗(yàn)步驟1.要輸出某一曲調(diào)，必須知道此曲調(diào)所包括的音符以及每個(gè)音符所占的節(jié)拍。一般說(shuō)來(lái)，單片機(jī)演奏音樂(lè)基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說(shuō)不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機(jī)奏樂(lè)只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。一個(gè)音符用一個(gè)

8、字節(jié)的代碼表示，字節(jié)高四位代表音符高低，低四位代表音符的節(jié)拍數(shù)。要產(chǎn)生音頻信號(hào)，只要算出該音頻的周期。利用定時(shí)器定時(shí)半個(gè)周期時(shí)間，每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)就將輸出音頻的P1.0反相，然后重復(fù)定時(shí)半個(gè)周期，再將P10反相，如此反復(fù)就可在P10引腳上得到該音頻信號(hào)。只要改變計(jì)數(shù)初值THO、TLO就可以產(chǎn)生不同的音頻信號(hào)。（1）先找出譜的音符，然后由表1建立T值表的順序，如表2所列;（2）把T值表放在程序中的TAB處;（3）節(jié)拍碼與節(jié)拍數(shù)的關(guān)系如表3所列;（4）簡(jiǎn)譜碼(音符) 為高四位,節(jié)拍碼(節(jié)拍數(shù))為低四位，音符節(jié)拍碼放在程序 的“TAB”;（5）各調(diào)值1/4節(jié)拍的時(shí)間設(shè)定如表4所列。2. 計(jì)數(shù)值確定通

9、過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)中斷，將單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I/O口來(lái)回取反，或者說(shuō)來(lái)回清零，置位，從而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，為了讓單片機(jī)發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時(shí)器予置不同的定時(shí)值就可實(shí)現(xiàn)。以標(biāo)準(zhǔn)音高A為例：A的頻率f=440Hz,其對(duì)應(yīng)的周期為：T=1/f=1/440=2272s由上圖可知,單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I/O口來(lái)回取反的時(shí)間應(yīng)為：t=T/2=2272/2=1136s這個(gè)時(shí)間t也就是單片機(jī)上定時(shí)器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時(shí)間。一般情況下，單片機(jī)奏樂(lè)時(shí)，其定時(shí)器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖。設(shè)振蕩器頻率為f0，則定時(shí)器的予置初值由下式來(lái)確定：t=12*（TALLTHL）/f0 TH=

10、THL/256=(TALLt*f0/12)/256 TL=THL%256=(TALLt*f0/12)%256將t=1136s代入上面兩式（注意：計(jì)算時(shí)應(yīng)將時(shí)間和頻率的單位換算一致），即可求出標(biāo)準(zhǔn)音高A在單片機(jī)晶振頻率f0=12Mhz，定時(shí)器在工作方式1下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的預(yù)置初值為：TH440Hz=(655361136*12/12)/256=FBHTL440Hz=(655361136*12/12)%256=90H 根據(jù)上面的求解方法，我們就可求出其他音調(diào)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器的預(yù)置初值。 計(jì)數(shù)值N=65536一Fosc122Fo，F(xiàn)osc為晶振頻率，F(xiàn)o為輸出音頻信號(hào)的頻率。程序運(yùn)行時(shí)，從代碼表TAB

11、(存放音符節(jié)拍碼)中依次讀出各音符代碼，根據(jù)高位的簡(jiǎn)碼號(hào)從TAB(存放發(fā)音符的計(jì)數(shù)值)表中取出相應(yīng)的計(jì)數(shù)值送THO、TLO再根據(jù)低位的節(jié)拍數(shù)確定每個(gè)音符相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間。計(jì)算舉例：設(shè)K=65536,F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計(jì)數(shù)值。T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr低音DO的T=65536-500000/262=63627 中音DO的T=65536-500000/523=64580 高音DO的T=65536-500000/1047

12、=65059六實(shí)驗(yàn)程序1.程序框圖： 開(kāi)始 T0初始化，開(kāi)中斷，TAB2送DPTR高4位放入A中低4位放入R3中 高低位互換 啟動(dòng)T0工作 停止T0工作 給T0重裝初值 P1.0取反 中斷返回2.演奏天空之城程序： ORG 0000H AJMP MAIN ;轉(zhuǎn)到主程序 ORG 000BH ;T0的中斷入口地址 LJMP IT0P ;轉(zhuǎn)到T0的中斷服務(wù)子程序 ORG 0020H ;主程序入口地址 MAIN: MOV TMOD,#01H ;選擇T0工作在方式1 MOV IE,#82H ;允許T0中斷 START: MOV 30H,#00H ;取譜指針初始化（這里設(shè)30H為取譜指針） LOOP: M

13、OV A,30H ;將取譜指針裝入A MOV DPTR,#TAB2 ;到TAB2處，取樂(lè)譜碼 MOVC A,A+DPTR ;取樂(lè)譜碼 MOV R2,A ;將取到的樂(lè)譜碼暫存于R2 JZ END0 ;判斷取到的是否為結(jié)束碼00H ANL A,#0FH ;取低4位（節(jié)拍碼） MOV R3,A ;將節(jié)拍碼存入R3 MOV A,R2 ;將取到的樂(lè)譜碼重裝入A中 ANL A,#0F0H ;取高4位（音符碼） JNZ SING ;判斷取到的音符碼是否為0（休止符） CLR TR0 ;停止T0，不發(fā)音 SJMP NEXT ;轉(zhuǎn)至延時(shí)子程序 SING: SWAP A ;高低位互換 DEC A ;取到的音符碼減

14、1 RL A ;A中數(shù)值乘2 MOV R4,A ;將A中數(shù)值暫存于R4 MOV DPTR,#TAB1 ;到TAB1處取簡(jiǎn)譜碼（計(jì)數(shù)初值） MOVC A,A+DPTR ;取高位字節(jié) MOV TH0,A ;將取到的高位字節(jié)裝入TH0 MOV 21H,A ;將取到的高位字節(jié)存入21H單元 MOV A,R4 ;將R4中的數(shù)值重裝入A中 INC DPTR ;DPTR增1 MOVC A,A+DPTR ;取低位字節(jié) MOV TL0,A ;將取到的低位字節(jié)裝入TL0 MOV 20H,A ;將取到的低位字節(jié)存入20H單元 SETB TR0 ;啟動(dòng)T0 NEXT: LCALL DELAY ;節(jié)拍延時(shí) DJNZ R

15、3,NEXT INC 30H ;取譜指針增1 LJMP LOOP ;取下一個(gè)樂(lè)譜碼 END0: CLR TR0 ;停止T0 LJMP START ;重復(fù)循環(huán)播放 IT0P: MOV TL0,20H ;給T0重裝初值 MOV TH0,21H CPL P1.0 ;將P1.0取反，以產(chǎn)生音頻脈沖 RETI DELAY: MOV R7,#02 ;1/4節(jié)拍的延時(shí)子程序125ms（4/4拍的曲子） DELAY1: MOV R6,#125DELAY2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R6,DELAY2 DJNZ R7,DELAY1 RET TAB1: ;簡(jiǎn)譜碼表 DW 64777,

16、64820,64860,64898,64934 ;M3 M4 M#4 M5 M#5 DW 64968,65030,65058,65110,65157 ;M6 M7 H1 H2 H3 DW 65178,65217,65252 ;H4 H5 H6 TAB2: ;歌曲天空之城的樂(lè)譜 DB 0CH,62H,72H,86H,72H,84H,0A4H ;例如，0CH表示休止符，占3拍 DB 7CH,14H,66H,42H,64H,84H,48H ;66H表示中音6，占1拍半，其他以此類(lèi)推 DB 04H,14H,26H,12H,24H,84H,18H DB 02H,86H,76H,36H,7CH,04H,6

17、2H DB 72H,86H,72H,84H,0A4H,78H,04H DB 14H,66H,42H,64H,84H,4CH,02HDB 12H,24H,82H,74H,86H,94H,0A2HDB 86H,04H,82H,72H,64H,74H,54HDB 68H,04H,82H,92H,0A6H,92H,0A4H DB 0C4H,98H,04H,44H,86H,72H,84HDB 0ACH,08H,62H,72H,84H,74H,94HDB 86H,46H,0A2H,92H,88H,02H,82HDB 94H,82H,96H,0C4H,0A8H,04H,0A4HDB 0D8H,0C8H,0A2H,92H,88H,02H,82H DB 94H,82H,96H,74H,68H,04H,62H DB 72H,68H,68HDB 0CH;曲子最后靜音3拍DB 00H;結(jié)束碼 END七實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次不小的挑戰(zhàn)，因?yàn)槲也欢畼?lè)譜，所以剛開(kāi)始對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)一點(diǎn)頭緒也沒(méi)有。后來(lái)我利用周末時(shí)間把樂(lè)譜給簡(jiǎn)單地學(xué)習(xí)了一下，現(xiàn)在能看懂一般曲子的簡(jiǎn)譜，并上