基于AT89S52的樂曲編輯發(fā)生器的設(shè)計(jì)
基于RTX51的樂曲編輯發(fā)生器以AT89S52單片機(jī)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(jī)精確控制。為了降低成本，在最小硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的功能盡可能用軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件是在面向MCS-51系列單片機(jī)的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTX51Tiny平臺(tái)上，用C51高級(jí)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(jì)
為了今后能夠在線升級(jí)用戶應(yīng)用程序，采用帶ISP接口的單片機(jī)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(yùn)行RTX51Tiny的硬件要求。筆者已研制了AT89S51／52的目標(biāo)程序PC機(jī)下載軟件，無需編程器即可完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。
為了設(shè)計(jì)編輯任意樂曲的人機(jī)界面，采用4×4矩陣鍵盤作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，采用點(diǎn)陣式液晶顯示模塊TC1602A作為系統(tǒng)的輸出設(shè)備。為了存儲(chǔ)和讀出任意樂曲，采用帶I2C串行接口的E2PROM存儲(chǔ)器AT24C02。為了放大單片機(jī)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(shí)現(xiàn)
3.1 單片機(jī)產(chǎn)生音頻矩形脈沖的方法
利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器T1并使其工作在定時(shí)器工作方式1(16 bit定時(shí))，改變T1的計(jì)數(shù)初值，就可以在單片機(jī)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(hào)的頻率為523 Hz，則其周期T=1／523=1912μs，因此，只要讓計(jì)數(shù)器定時(shí)1912μs÷2=956μs，當(dāng)定時(shí)956μs到的時(shí)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(jī)定時(shí)器計(jì)數(shù)初值T與單片機(jī)內(nèi)部機(jī)器周期信號(hào)頻率Fi和音頻矩形脈沖信號(hào)頻率Fr的關(guān)系如下。
為了敘述方便，不妨把定時(shí)器計(jì)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(jī)播放樂曲的過程，主要是用單片機(jī)來識(shí)別所編輯的樂曲并播放出來。單片機(jī)需要識(shí)別樂曲中的音調(diào)和音長(音長亦稱為節(jié)拍)，本設(shè)計(jì)用字母A～Z來代表樂曲的各個(gè)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(shí)現(xiàn)方法
在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，已將按鍵處理作為一個(gè)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(hào)來觸發(fā)執(zhí)行?！鞍存I處理任務(wù)”的C51源程序如下。
3.4 樂曲播放的軟件實(shí)現(xiàn)方法
在設(shè)計(jì)“播放任務(wù)”程序時(shí)，利用AT89S52內(nèi)部的定時(shí)器T1定時(shí)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?！安シ湃蝿?wù)”的C51源程序如下：
3.5 系統(tǒng)軟件流程
根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的分析，把系統(tǒng)軟件分解為5個(gè)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(shí)器T1的初始化、中斷初始化。在啟動(dòng)任務(wù)1～任務(wù)4后，自動(dòng)刪除任務(wù)0，使得任務(wù)0只在系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)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(hào)。
任務(wù)2：按鍵處理任務(wù)。等待信號(hào)，根據(jù)鍵值keycode完成相應(yīng)處理，實(shí)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(hào)，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(jī)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(diǎn)。該系統(tǒng)已投入運(yùn)行，播放出來的樂曲效果良好，音調(diào)和節(jié)拍都由單片機(jī)控制得相當(dāng)準(zhǔn)確。
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