基于A(yíng)T89C2051的電子琴方案設計

　　聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制單片機某個(gè)口線(xiàn)不斷的輸出“高”“低”電平，則在該口線(xiàn)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”電平的持續時(shí)間，就能改變輸出波形的頻率，從而改變音調。

　　樂(lè )曲中，每一音符對應著(zhù)確定的頻率，表1給出C調時(shí)各音符頻率。如果單片機某個(gè)口線(xiàn)輸出“高”“低”電平的頻率和某個(gè)音符的頻率一樣，那么將此口線(xiàn)接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。

　　本系統就是根據此原理設計，對于AT89C2051單片機來(lái)說(shuō)要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線(xiàn)輸出高電平然后延時(shí)一段時(shí)間再輸出低電平，如此循環(huán)的輸出就會(huì )產(chǎn)生一定頻率的方波，通過(guò)改變延時(shí)的時(shí)間就可以改變輸出方波的頻率，而單片機延時(shí)主要有兩種方法：

　　第一種方法是使用循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現延時(shí)，讓單片機循環(huán)的執行某條指令然后根據單片機每條指令運行的時(shí)間以及循環(huán)的次數來(lái)計算延時(shí)時(shí)間。如下所示：

　　在上面的延時(shí)程序中可以看出：DJNZ指令執行時(shí)間為2個(gè)機器周期，MOV指令執行時(shí)間為1個(gè)機器周期，對于單片機的晶振頻率為12MHz時(shí)機器周期為1 μ s。因此可以根據這些指令的執行時(shí)間和每條指令的循環(huán)次．數計算出以上的延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間大約為50ms。但這種方法的計算的延時(shí)時(shí)間不是很準確并且為達到一定的延時(shí)時(shí)間先必須進(jìn)行很復雜的運算。所以在延時(shí)時(shí)間要求不嚴格的時(shí)候才采用這種方法。但對于電子琴電路由于每個(gè)音符的頻率值要求比較嚴格，變化范圍不能太大，因此產(chǎn)生方波的頻率也要求比較嚴格，不能采用延時(shí)程序來(lái)產(chǎn)生此方波。

　　第二種方法是使用單片機的定時(shí)／計數器延時(shí)。AT89C2051單片機內部有兩個(gè)16位的定時(shí)／計數器T0和T1，單片機的定時(shí)／計數器實(shí)際上是個(gè)計數裝置它既可以對單片機的內部晶振驅動(dòng)時(shí)鐘計數也可以對外部輸入的脈沖計數，對內部晶振計數時(shí)稱(chēng)為定時(shí)器，對外部時(shí)鐘計數時(shí)稱(chēng)為計數器。當對單片機的內部晶振驅動(dòng)時(shí)鐘計數時(shí)，每個(gè)機器周期定時(shí)／計數器的計數值就加1，當計數值達到計數最大值時(shí)計數完畢并通知單片機的CPU；對外部輸入的時(shí)鐘信號計數時(shí)，外部時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)鐘上升沿定時(shí)／計數器的計數值就加1，當計數值達到計數最大值時(shí)計數完畢并通知單片機的CPU。因此，如果知道單片機的機器周期或者外部輸入時(shí)鐘信號的周期，單片機就可以根據定時(shí)器的計數值計算出定時(shí)的時(shí)間。用此方法定時(shí)十分準確，想得到多大的延時(shí)時(shí)間就可以給定時(shí)器賦一定的計數初值，定時(shí)器從預先設置的計數初值開(kāi)始不斷增1當增加到計數最大值時(shí)計數完畢，調整計數初值的大小就可以調整定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間，從而達到準確的延時(shí)。本系統中就采用第二種方法通過(guò)定時(shí)/計數器延時(shí)。

　　本系統的具體電路如右圖所示。圖中P1．1-P1．7分別接7個(gè)按鍵對應著(zhù)樂(lè )曲中的1、2、3、4、5、6、7七個(gè)音符。P3．6口通過(guò)功率放大芯片 LM386與喇叭相連。當P1．1～P1.7中有一個(gè)按鍵按下時(shí)單片機便執行相應的子程序對定時(shí)器賦一個(gè)計數初值同時(shí)使P3．6口輸出高電平。當定時(shí)器定時(shí)結束時(shí)將P3．6口的值取反并重新賦計數初值繼續計數，再次計完時(shí)再將P3．6口的值取反再賦初值計數，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(guò)功率放大后通過(guò)喇叭輸出便產(chǎn)生對應音符的聲音。按不同的按鍵單片機便執行不同的子程序給定時(shí)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(gè)按鍵輸出一種音符。

　　在單片機的特殊功能寄存器中有6個(gè)寄存器(TH1、TH0、TL1、TL0、TMOD、TCON)是用來(lái)控制單片機的定時(shí)器的，通過(guò)編程對這些特殊功能寄存器的讀寫(xiě)就可以控制單片機的兩個(gè)定時(shí)器T0、T1。當單片機復位時(shí)這6個(gè)寄存器默認值都是00H。

　　(一)定時(shí)／計數器的工作方式及控制字

　　特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定時(shí)器的方式控制寄存器。圖2為T(mén)MOD寄存器的內部結構，圖3為T(mén)CON寄存器的內部結構。TMOD和TCON是寄存器的名稱(chēng)，我們在寫(xiě)程序時(shí)就可以直接用這個(gè)名稱(chēng)來(lái)指定它們，當然也可以直接用它們的地址89H和88H來(lái)指定它們(其實(shí)用名稱(chēng)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(shí)／計數器，低4位則用于中斷。

　　單片機定時(shí)／計數器有四種工作方式，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(shí)／計數器T1在工作方式0下的內部結構圖。

　　從圖4中可以看出計數脈沖要進(jìn)入計數器TR1(或TR0)要為1，開(kāi)關(guān)才能合上，脈沖才能過(guò)來(lái)。因此，TR1(O)稱(chēng)之為運行控制位，可用指令SErB來(lái)置位以啟動(dòng)計數器，定時(shí)器運行，用指令CLR來(lái)關(guān)閉定時(shí)／計數器的工作。當計數脈沖進(jìn)入計數器后，計數脈沖加到TL1的低5位，從預先設置的計數初值開(kāi)始不斷增1。TL1計滿(mǎn)后，向THl進(jìn)位。當TL1和TH1都計滿(mǎn)后，置位T1的定時(shí)器回零標志TF1，從此表明定時(shí)時(shí)間或計數次數已到，單片機可以根據標志位判斷定時(shí)器的狀態(tài)，從而執行相應的程序。

　　1．工作方式0

　　定時(shí)器，計數器的工作方式O稱(chēng)之為13位定時(shí)／計數方式。它由TL(1／0)的低5位和TH(0/1)的8位構成13位的計數器，此時(shí)TL(1／0)的高3位未用。

　　對于定時(shí)器的工作模式可以根據定時(shí)器的寄存器TMOD來(lái)設置：

　?、費1M0：定時(shí)／計數器共有四種工作方式，就是用M1M0來(lái)控制的，2位正好是四種組合。

　?、贑／T：定時(shí)／計數器即可作定時(shí)用也可用計數用，如果C/T為O就是用作定時(shí)器(開(kāi)關(guān)往上打)，如果C／T為1就是用作計數器(開(kāi)關(guān)往下打)。一個(gè)定時(shí)／計數器同一時(shí)刻要么作定時(shí)用，要么作計數用，不能同時(shí)用的。

　?、跥ATE：當我們選擇了定時(shí)或計數工作方式后，定時(shí)／計數脈沖卻不一定能到達計數器端，中間還有一個(gè)開(kāi)關(guān)，顯然這個(gè)開(kāi)關(guān)不合上，計數脈沖就沒(méi)法過(guò)去，那么開(kāi)關(guān)什么時(shí)候過(guò)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(mén)，或門(mén)總是輸出1，和或門(mén)的另一個(gè)輸入端INT1無(wú)關(guān)，在這種情況下，開(kāi)關(guān)的打開(kāi)、合上只取決于TR1，只要TR1是1，開(kāi)關(guān)就合上，計數脈沖得以暢通無(wú)阻，而如果TR1等于0則開(kāi)關(guān)打開(kāi)，計數脈沖無(wú)法通過(guò)，因此定時(shí)／計數是否工作，只取決于TR1。

　　GATE=1，在此種情況下，計數脈沖通路上的開(kāi)關(guān)不僅要由TR1來(lái)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(kāi)關(guān)才合上，計數脈沖才得以通過(guò)。這個(gè)特性可以用來(lái)測量一個(gè)信號的高電平的寬度。