单片机的音乐播放器设计（C程序及注释）详解音调、节拍的确定

清楚两个概念即可，也就是“音调”和节拍表示一个音符唱多长的时间。 4.1.1 音调的确定

不同音高的乐音是用C、D、E、F、G、A、B来表示，这7个字母就是音乐的音名，它们一般依次唱成DO、RE、MI、FA、SO、LA、SI,即唱成简谱的1、2、3、4、5、6、7，相当于汉字“多来米发梭拉西”的读音，这是唱曲时乐音的发音，所以叫“音调”，即Tone。把C、D、E、F、G、A、B这一组音的距离分成12个等份，每一个等份叫一个“半音”。两个音之间的距离有两个“半音”，就叫“全音”。在钢琴等键盘乐器上，C–D、D–E、F–G、G–A、A–B两音之间隔着一个黑键，他们之间的距离就是全音；E–F、B–C两音之间没有黑键相隔，它们之间的距离就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它们的左上角加上﹟号或者b号的叫变化音。﹟叫升记号，表示把音在原来的基础上升高半音，b叫降记音，表示在原来的基础上降低半音。例如高音DO的频率（1046Hz）刚好是中音DO的频率（523Hz）的一倍，中音DO的频率（523Hz）刚好是低音DO频率（266 Hz）的一倍；同样的，高音RE的频率（1175Hz）刚好是中音RE的频率（587Hz）的一倍，中音RE的频率（587Hz）刚好是低音RE频率（294 Hz）的一倍。

1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时这半个周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。

2）利用AT89C51的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法。

此外结束符和休止符可以分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了；若查表结果为FFH，则产生相应的停顿效果。

3）例如频率为523Hz，其周期T=1/523=1912us，因此只要令计数器计时956us/1us=956，在每次技术956次时将I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。 计数脉冲值与频率的关系公式如下： N=Fi?2?Fr

N：计算值； Fi：内部计时一次为1us，故其频率为1MHz； 4）其计数值的求法如下： T=65536-N=65536-Fi?2?Fr

例如：设K=65536，F=1000000=Fi=1MHz，球低音DO（261Hz）。中音DO（523Hz）。高音的DO（1046Hz）的计算值

T=65536-N=65536-Fi?2?Fr=65536-1000000?2?Fr=65536-500000/Fr 低音DO的T=65536-500000/262=63627 低音DO的T=65536-500000/523=64580 低音DO的T=65536-500000/1047=65059

5）C调各音符频率与计数值T的对照表如表4.1所示。

表4.1 C调各音符频率与计数值T的对照表

低音 频率 T 参数 中音 频率 T 参数 高音 频率 T 参数 Do 262 1908 229 Do 523 956 115 Do 1046 57 57 Do277 1805 217 Do554 903 108 Do1109 54 54 ﹟ ﹟ ﹟

Re 294 1701 204 Re 587 852 102 Re 1175 51 51

Re﹟ Mi Fa Fa﹟ So So﹟ La La﹟ Si

311 1608 193 330 1515 182 349 1433 172 370 1351 162 392 1276 153 415 1205 145 440 1136 136 464 1078 129 494 1012 121 Re﹟ Mi Fa Fa﹟ So So﹟ La La﹟ Si

622 659 698 740 784 831 880 932 988

804 759 716 676 638 602 568 536 506

97 91 86 81 77 72 68 64 61 Re﹟ Mi Fa Fa﹟ So So﹟ La La﹟ Si

1245 1318 1397 1480 1568 1661 1760 1865 1976

48 45 43 41 38 36 34 32 30

48 45 43 41 38 36 34 32 30

4.1.2 节拍的确定

若要构成音乐，光有音调是不够的，还需要节拍，让音乐具有旋律（固定的律动），而且可以调节各个音的快满度。“节拍”,即Beat，简单说就是打拍子，就像我们听音乐不自主的随之拍手或跺脚。若1拍实0.5s，则1/4 拍为0.125s。至于1拍多少s，并没有严格规定，就像人的心跳一样，大部分人的心跳是每分钟72下，有些人快一点，有些人慢一点，只要听的悦耳就好。音持续时间的长短即时值，一般用拍数表示。休止符表示暂停发音。

一首音乐是由许多不同的音符组成的，而每个音符对应着不同频率，这样就可以利用不同的频率的组合，加以与拍数对应的延时，构成音乐。了解音乐的一些基础知识，我们可知产生不同频率的音频脉冲即能产生音乐。对于单片机来说，产生不同频率的脉冲是非常方便的，利用单片机的定时/计数器来产生这样的方波频率信号。因此，需要弄清楚音乐中的音符和对应的频率，以及单片机定时计数的关系。

表4.2节拍与节拍码对照

节拍码 节拍数 节拍码 节拍数 1 1/4拍 1 1/8拍 2 2/4拍 2 1/4拍 3 3/4拍 3 3/8拍 4 1拍 4 2/1拍 5 1又1/4拍 5 5/8拍 6 1又1/2拍 6 3/4拍 8 2拍 8 1拍 A 2又1/2拍 A 1又1/4拍 C 3拍 C 1又1/2拍 F 3又3/4拍

每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，图5.2为节拍码的对照。如果1拍为0.4秒，1/4拍实0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如图

5.3为1/4和1/8节拍的时间设定。

表4.3 1/4和1/8节拍的时间设定

曲调值 DELAY 曲调值 DELAY 调4/4 125毫秒 调4/4 62毫秒 调3/4 187毫秒 调3/4 94毫秒 调2/4 250毫秒 调2/4 125毫秒 4.1.3 编码

do re mi fa so la si分别编码为1~7，重音do编为8,重音re编为9，停顿编为

0。播放长度以十六分音符为单位（在本程序中为165ms），一拍即四分音符等于4个十六分音符，编为4,其它的播放时间以此类推。音调作为编码的高4位，而播放时间作为低4位，如此音调和节拍就构成了一个编码。以0xff作为曲谱的结束标志。

举例1：音调do,发音长度为两拍，即二分音符，将其编码为0x18。 举例2：音调re,发音长度为半拍，即八分音符，将其编码为0x22 歌曲播放的设计。先将歌曲的简谱进行编码，储存在一个数据类型为unsigned char 的数组中。程序从数组中取出一个数，然后分离出高4位得到音调，接着找出相应的值赋给定时器0，使之定时操作蜂鸣器，得出相应的音调；接着分离出该数的低4位，得到延时时间，接着调用软件延时。

表4.4 简谱对应的简谱码、T值、节拍数

简谱 发音 简谱码 T值 节拍码 节拍数 5 低音SO 1 64260 1 1/4拍 6 低音LA 2 64400 2 2/4拍 7 低音TI 3 64524 3 3/4拍 1 中音DO 4 64580 4 1拍 2 中音RE 5 64684 5 1又1/4拍 3 中音MI 6 64777 6 1又1/2拍 4 中音FA 7 64820 8 2拍 5 中音SO 8 64898 A 2又1/2拍 6 中音LA 9 64968 C 3拍 7 中音TI A 65030 F 3又3/4拍 1 高音DO B 65058 2 高音RE C 65110 3 高音MI D 65157 4 高音FA E 65178 5 高音SO F 65217

4.2 软件程序设计

4.2.1 程序流程图及相应代码块

主程序流程图

开始初始化标志位Count==0No标志位Count==1No标志位Count==2Yes花样灯1YesYes花样灯1No标志位Count==3NoYes花样灯1播放音乐

图4.1 主程序流程图

主程序代码: main()

{ uchar x;

count1=0;//流水灯无花样 count2=1;//唱第一首歌

P34=0;//选取矩阵键盘的一列 EA=1;//开总中断

EX0=1;//开外部中断0

IT0=1;//外部中断0下降沿触发方式 EX1=1;//开外部中断1

IT1=1;//外部中断1下降沿触发方式

TMOD=0x01;//定时器0工作在方式1 TH0=0; TL0=0; ET0=1;

while(1) { if(count1!=0) //音乐停止，花样灯开始按照花样闪烁