基于TA89C2051的電子琴方案設(shè)計(jì)

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

　　樂曲中，每一音符對應(yīng)著確定的頻率，表1給出C調(diào)時各音符頻率。如果單片機(jī)某個口線輸出“高”“低”電平的頻率和某個音符的頻率一樣，那么將此口線接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。

　　本系統(tǒng)就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)，對于AT89C2051單片機(jī)來說要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線輸出高電平然后延時一段時間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會產(chǎn)生一定頻率的方波，通過改變延時的時間就可以改變輸出方波的頻率，而單片機(jī)延時主要有兩種方法：

　　第一種方法是使用循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)延時，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)行的時間以及循環(huán)的次數(shù)來計(jì)算延時時間。如下所示：

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

　　第二種方法是使用單片機(jī)的定時／計(jì)數(shù)器延時。AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部有兩個16位的定時／計(jì)數(shù)器T0和T1，單片機(jī)的定時／計(jì)數(shù)器實(shí)際上是個計(jì)數(shù)裝置它既可以對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計(jì)數(shù)也可以對外部輸入的脈沖計(jì)數(shù)，對內(nèi)部晶振計(jì)數(shù)時稱為定時器，對外部時鐘計(jì)數(shù)時稱為計(jì)數(shù)器。當(dāng)對單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘計(jì)數(shù)時，每個機(jī)器周期定時／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)最大值時計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU；對外部輸入的時鐘信號計(jì)數(shù)時，外部時鐘的每個時鐘上升沿定時／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鐘信號的周期，單片機(jī)就可以根據(jù)定時器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時的時間。用此方法定時十分準(zhǔn)確，想得到多大的延時時間就可以給定時器賦一定的計(jì)數(shù)初值，定時器從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開始不斷增1當(dāng)增加到計(jì)數(shù)最大值時計(jì)數(shù)完畢，調(diào)整計(jì)數(shù)初值的大小就可以調(diào)整定時器定時的時間，從而達(dá)到準(zhǔn)確的延時。本系統(tǒng)中就采用第二種方法通過定時/計(jì)數(shù)器延時。

　　本系統(tǒng)的具體電路如右圖所示。圖中P1．1-P1．7分別接7個按鍵對應(yīng)著樂曲中的1、2、3、4、5、6、7七個音符。P3．6口通過功率放大芯片 LM386與喇叭相連。當(dāng)P1．1～P1.7中有一個按鍵按下時單片機(jī)便執(zhí)行相應(yīng)的子程序?qū)Χ〞r器賦一個計(jì)數(shù)初值同時使P3．6口輸出高電平。當(dāng)定時器定時結(jié)束時將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)過功率放大后通過喇叭輸出便產(chǎn)生對應(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個寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用來控制單片機(jī)的定時器的，通過編程對這些特殊功能寄存器的讀寫就可以控制單片機(jī)的兩個定時器T0、T1。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時這6個寄存器默認(rèn)值都是00H。

　　(一)定時／計(jì)數(shù)器的工作方式及控制字

　　特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定時器的方式控制寄存器。圖2為TMOD寄存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖3為TCON寄存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。TMOD和TCON是寄存器的名稱，我們在寫程序時就可以直接用這個名稱來指定它們，當(dāng)然也可以直接用它們的地址89H和88H來指定它們(其實(shí)用名稱也就是直接用地址，匯編軟件幫你翻譯一下而已)。

　　從圖2中可以看出，TMOD被分成兩部份，每部份4位。分別用于控制T1和T0。

　　從圖3中可以看出，TCON也被分成兩部份，高4位用于定時／計(jì)數(shù)器，低4位則用于中斷。

　　單片機(jī)定時／計(jì)數(shù)器有四種工作方式，方式0、方式1、方式2、方式3，除方式3外，T0和T1有完全相同的工作狀態(tài)，下面以T1為例，分述各種方式的特點(diǎn)和用法。圖4為定時／計(jì)數(shù)器T1在工作方式0下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

　　從圖4中可以看出計(jì)數(shù)脈沖要進(jìn)入計(jì)數(shù)器TR1(或TR0)要為1，開關(guān)才能合上，脈沖才能過來。因此，TR1(O)稱之為運(yùn)行控制位，可用指令SErB來置位以啟動計(jì)數(shù)器，定時器運(yùn)行，用指令CLR來關(guān)閉定時／計(jì)數(shù)器的工作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器后，計(jì)數(shù)脈沖加到TL1的低5位，從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開始不斷增1。TL1計(jì)滿后，向THl進(jìn)位。當(dāng)TL1和TH1都計(jì)滿后，置位T1的定時器回零標(biāo)志TF1，從此表明定時時間或計(jì)數(shù)次數(shù)已到，單片機(jī)可以根據(jù)標(biāo)志位判斷定時器的狀態(tài)，從而執(zhí)行相應(yīng)的程序。

　　1．工作方式0

　　定時器，計(jì)數(shù)器的工作方式O稱之為13位定時／計(jì)數(shù)方式。它由TL(1／0)的低5位和TH(0/1)的8位構(gòu)成13位的計(jì)數(shù)器，此時TL(1／0)的高3位未用。

　　對于定時器的工作模式可以根據(jù)定時器的寄存器TMOD來設(shè)置：

　　①M(fèi)1M0：定時／計(jì)數(shù)器共有四種工作方式，就是用M1M0來控制的，2位正好是四種組合。

　?、贑／T：定時／計(jì)數(shù)器即可作定時用也可用計(jì)數(shù)用，如果C/T為O就是用作定時器(開關(guān)往上打)，如果C／T為1就是用作計(jì)數(shù)器(開關(guān)往下打)。一個定時／計(jì)數(shù)器同一時刻要么作定時用，要么作計(jì)數(shù)用，不能同時用的。

　?、跥ATE：當(dāng)我們選擇了定時或計(jì)數(shù)工作方式后，定時／計(jì)數(shù)脈沖卻不一定能到達(dá)計(jì)數(shù)器端，中間還有一個開關(guān)，顯然這個開關(guān)不合上，計(jì)數(shù)脈沖就沒法過去，那么開關(guān)什么時候過去呢? 有兩種情況

　　GATE=0，分析一下邏輯，GATE非后是1，進(jìn)入或門，或門總是輸出1，和或門的另一個輸入端INT1無關(guān)，在這種情況下，開關(guān)的打開、合上只取決于TR1，只要TR1是1，開關(guān)就合上，計(jì)數(shù)脈沖得以暢通無阻，而如果TR1等于0則開關(guān)打開，計(jì)數(shù)脈沖無法通過，因此定時／計(jì)數(shù)是否工作，只取決于TR1。

　　GATE=1，在此種情況下，計(jì)數(shù)脈沖通路上的開關(guān)不僅要由TR1來控制，而且還要受到INT1引腳的控制，只有TRl為1，且INT1引腳也是高電平，開關(guān)才合上，計(jì)數(shù)脈沖才得以通過。這個特性可以用來測量一個信號的高電平的寬度。