任務5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器..

1、5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-1 -任務 5.10 蜂鳴器的原理和驅(qū)動5.9.1 任務介紹在實際應用中，經(jīng)常利用利用單片機控制蜂鳴器產(chǎn)生各種音樂用于報警和提示，如手機 的鈴聲、時鐘的音樂報時和按鍵提示音等。本節(jié)的任務是：通過單片機I/O控制開發(fā)板上的蜂鳴器演奏音樂。5.9.2 知識準備1、蜂鳴器的原理和分類蜂鳴器按結(jié)構(gòu)分有壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。壓電蜂鳴器內(nèi)部有壓電陶瓷和金屬片，是利用壓電陶瓷的壓電效應，帶動金屬片的振動來發(fā)聲，頻率在1KHz10KHN電磁式蜂鳴器內(nèi)部有磁鐵和線圈， 振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下， 周期性地振動發(fā) 聲， 頻率在0.5KHz5KHzo壓電蜂鳴器結(jié)

2、構(gòu)簡單耐用，聲音大，多用于報警器等設備。電磁 蜂鳴器音色好，多用于語音、音樂等設備。蜂鳴器按其是否帶有振蕩器又分為有源和無源兩種類型。有源蜂鳴器內(nèi)部帶有振蕩器， 只需要在其供電端加上額定直流電壓，其內(nèi)部的振蕩器就可以產(chǎn)生固定頻率的信號，驅(qū)動蜂 鳴器發(fā)出聲音。無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩器，需要在其供電端上加上高低不斷變化的電信號 才可以驅(qū)動發(fā)出聲音。開發(fā)板上的蜂鳴器屬于電磁式無源蜂鳴器。2、開發(fā)板蜂鳴器驅(qū)動電路開發(fā)板蜂鳴器驅(qū)動電路如圖5.10.1所示。5.10.1開發(fā)板蜂鳴器驅(qū)動電路5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-2 -蜂鳴器的驅(qū)動和繼電器相似，需要幾十mA的電流，通常借助于三極管來作為中間功率驅(qū)動。圖

3、5.10.1中，蜂鳴器接在PNP三極管（8550）的集電極上，單片機I/O接三極管的基極, 電阻R10是三極管基極限流電阻，電阻R11是上拉電阻。蜂鳴器內(nèi)部線圈是感性器件，二極管D10并聯(lián)在蜂鳴器兩端，起到限制反峰電壓的作用。3、無源蜂鳴器的程序驅(qū)動無源蜂鳴器本身不帶振蕩器，只有讓蜂鳴器不停的處于“通電 聲音。對于開發(fā)板上蜂鳴器驅(qū)動電路而言，只需要讓控制蜂鳴器的 就可以了。下面是利用51單片機P.20驅(qū)動蜂鳴器的程序。#in cldue#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sige nd intsbit Buzzer=P2A0;/蜂鳴器接

4、口定義#defi ne BuzzerO n Buzzer=0#defi ne BuzzerOff Buzzer=1/ms級延時函數(shù)void DelayMs( uint xms)uint i,j;for(i=0;ixms;i+)for(j=0;j122;j+);/主函數(shù)void mai n()while(1)BuzzerO n;DelayMs(1);BuzzerOffDelayMs(1);-斷電”的狀態(tài)，才能發(fā)出I/O口不停的“置1-置0”5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-3 -在程序中，1ms讓蜂鳴器通電，1ms讓蜂鳴器斷電，頻率500Hz。程序編譯下載后，蜂鳴 器引腳控制端接P2.0引腳，蜂鳴器發(fā)

5、出“嗡嗡”的聲音。然后在把延時改為2ms、3ms、5ms,蜂鳴器會發(fā)出不同頻響的聲音。4、蜂鳴器程序改造和按鍵提示音利用延時函數(shù)來驅(qū)動蜂鳴器顯然不是個好的辦法，下面的程序通過定時器驅(qū)動蜂鳴器，開發(fā)板上2個獨立按鍵，每個按鍵按下時，蜂鳴器響一聲，持續(xù)時間為0.3秒。2個按鍵對應的頻率分別為500Hz和IKHzo要求程序不堵塞CPU效率高。（1）工程結(jié)構(gòu)和主函數(shù)工程結(jié)構(gòu)圖如圖5.10.2所示。除了主函數(shù)外，還有按鍵模塊、定時器模塊和鍵值處理模 塊。- :J Target 1包巳User匡main.c=1 S Hardware爭圍IndepencentKmy.c MicroDefine.cE-ffi

6、 KeyProcesscE- E Timer, c圖5.10.2工程結(jié)構(gòu)圖主函數(shù)如下:#in clude#i ncludeMicroDefi ne.h#i ncludeTimer.h#in cludeI ndepe nden tKey.h#in cludeKeyProcess.h/*函數(shù)名稱：mai n()*功能 ：主函數(shù)*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：無*說明 ：按鍵被按下時，蜂鳴器產(chǎn)生0.5S提示音。按鍵A提示音頻率：500Hz按鍵B提示音頻率：1KHz*/5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-4 -void mai n()uchar KeyValue=O;DelayMs(200);TimerI nit(

7、);/定時器初始化while(1)if(FlagSystem1Ms=1) /1ms時標信號FlagSystem1Ms=0;KeyValue=KeyGetValue(); /獲取鍵值KeySou nd(KeyValue); /鍵值處理程序解釋:主函數(shù)內(nèi)容簡單，獲取按鍵鍵值，并處理鍵值。(2)其它功能模塊定時器模塊(Timer.c,Timer.h不列出)#in cludeTimer.hbit FlagSystem1Ms=0;/1m時標信號uchar T1High=0;T0高8位uchar T1Low=0;/T1低8位/*函數(shù)名稱：TimerI nit()*功能 ：定時器初始化*入口參數(shù)：無*出口參

8、數(shù)：無*說明 ：定時器0:產(chǎn)生1ms時標信號，方式2定時器1:驅(qū)動蜂鳴器，方式1*/ void TimerI ni t()TMOD=0 x12;TH0=TL0=56;TH1=TL1=0;ETO=ET 1=1;5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-5 -EA=1;TR0=1;/開定時器0,TR1=0/定時器1關(guān)閉，按鍵按下，才能開定時器1/*函數(shù)名稱：TimerOlsr()*功能 ：定時器0中斷服務函數(shù)*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：無*說明 ：*/void Timer0Isr() in terrupt 1static uchar Cn t200us=0;if(+C nt200us=299)Cn t1Ms=0;

9、TR1=0;/Sou ndState=O;/程序解釋：KeySound（）由狀態(tài)機構(gòu)成，分成兩個狀態(tài)。狀態(tài)0:檢測到按鍵被按下，根據(jù)按鍵值，給定時器賦初值，并啟動定時器。狀態(tài)1:延時299ms后，關(guān)閉定時器1，并返回到狀態(tài)0。利用狀態(tài)機構(gòu)成按鍵提示音函數(shù)，不堵塞CPU系統(tǒng)效率高。5.9.3 任務實施1、音符和頻率的關(guān)系通過以上知識的學習，初學者了解到蜂鳴器發(fā)聲的原理，即通過I/O口輸出脈沖信號，再將信號通過三極管放大，推動發(fā)聲器件（蜂鳴器）發(fā)聲。脈沖信號的頻率不同，蜂鳴器發(fā) 出的聲音不同。要完成本節(jié)的音樂播放器，需弄清楚兩個概念即可，也就是“音符”和“節(jié) 拍”。音符其實就是我們常說的“Do R

10、e Mi Fa Sol La Si Do”，每一個音符對應一定的頻率。 以中音“1”為例，其頻率為523Hz,周期為1秒/523=1912us,半周期為956us。通常沒有做特殊說明，我們把音樂的一個節(jié)拍的時間長度定位0.4秒，1/4節(jié)拍的時間則為0.1秒。如果以1/4節(jié)拍為基準長度，則1拍為4個基準長度，1/2拍為2個基準長度。定時器要產(chǎn)生中音“1”對應的頻率（523Hz），則定時器每次溢出的時間為半個周期（即956us）。假設中音“1”的時間長度為1/4拍，則定時器溢出的次數(shù)為0.1秒/956us=105次。1/2拍和1拍對應的溢出次數(shù)分別105次*2和105次*4。狀態(tài)1:延時299ms

11、,關(guān)閉蜂鳴器關(guān)閉定時器，蜂鳴器不響 跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)05.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-8 -為了程序的方便，我們把低音音符（“5”“7”）、中音音符（“1”“7”）和高音音符（“1”“3”）的頻率、半周期及1/4節(jié)拍內(nèi)半周期數(shù)放在表5.10.1中。表5.10.1 14個音符頻率對應表數(shù)組下標音符頻率（Hz）周期（us）半周期（us）1/4節(jié)拍（0.1S）內(nèi)半周期數(shù)的個數(shù)05392255112767816440227311368827494202410129931523191295610542587107485111753659151775813264698143671614075783127763815

12、7868801136568176979881012506198101104695647820911211758514252351231318759379264根據(jù)表5.10,我們先構(gòu)建兩個數(shù)組，分別存放以上音符的半周期時間和1/4拍內(nèi)半周期的個數(shù)。13個音符的半周期長度uchar code TableNoteTime=1276,1136,1012,956,851,758,716,638,568,506,478,425,379;13個音符1/4拍內(nèi)半周期的個數(shù)uchar code TableNoteNum=78,88,99,105,117,132,140,157,176,198,209,235,

13、264;圖5.10.3是兒童歌曲“兩支老虎”的簡譜。125 1 I 23 1 I 345|34兩只總虎，兩只寵虎 跑彳鼻t*,跑帝54 11 I 2_5 1 I 1 IV一只沒克用巴H奇慢ITS性.幔，一只沒育庫巴.5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-9 -根據(jù)簡譜，我們把簡譜中對應的音符和其拍數(shù)再分別放到數(shù)組中。需要說明的是，該數(shù) 組元素和簡譜中音符的對應關(guān)系，例如音符1”，在數(shù)組TableNoteTime中是第4個元素，所以在音樂簡譜數(shù)組中應寫為“3”。拍數(shù)以1/4拍為基本單位，拍數(shù)數(shù)組中元素的“1”、“2”和“4”分別對應音符的1/4拍、1/2拍和1拍。/簡譜中對應的音符uchar code T

14、ableMusicNote=3,4,5,3,3,4,5,3,5,6,7,5,6,7,7,8,7,6,5,3,7,8,7,6,5,3,4,0,3,4,0,3;/簡譜中音符對應的拍數(shù)uchar code TalbeMusicBeat=2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,4,2,2,4,1,1,1,1,2,2,1,1,1,1,2,2,2,2,4,2,2,4;有了這4個數(shù)組，音樂播報就變得簡單了。根據(jù)TableMusicNote數(shù)組中的值，從TableNoteTime數(shù)組中找到待播放音符的半周期長度，將半周期長度作為定時器的溢出值，啟動定時器，蜂鳴器就會產(chǎn)生該音符。在播報音符的同時，根據(jù)Table

15、MusicNote數(shù)組中的值，從TableNoteNum數(shù)組中找到該音符所對應的1/4拍內(nèi)半周期的個數(shù)，然后再從TalbeMusicBeat數(shù)組中，找到該音符在簡譜中的拍數(shù)，兩者相乘，即為定時器產(chǎn)生該音符所對應頻率的時間長度。播報完了第一個音符，然后再播報第二個音符 直到最后一個音符，一首曲子就播放完了。2、程序?qū)崿F(xiàn)（1）工程架構(gòu)和主函數(shù)程序的工程架構(gòu)如圖5.10.4所示。除了主函數(shù)模塊，至于鍵值獲取模塊和定時器模塊。音樂播放放在定時器模塊中完成。曰匕Target 1a “已User0 i main.cH臼HardwareE-13 Micro Define.c s-國IndependentKy

16、.c +1-自Timer.c圖5.10。4工程結(jié)構(gòu)圖主函數(shù)如下:圖5.10.3“兩只老虎”簡譜5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-10 -#in clude#in elude MicroDefi ne.h#in elude Timer.h#in elude I ndepe nden tKey.h/*函數(shù)名稱：mai n()*功能 ：主函數(shù)*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：無*說明 ：*/void mai n()uchar KeyValue=O;uchar Cn t1Ms=0;DelayMs(200);TimerI ni t();/while(1)if(FlagSystem1Ms=1) /1ms FlagSys

17、tem1Ms=0;if(+C nt1Ms=10)/10msCn t1Ms=0;KeyValue=KeyGetValue(); /if(KeyValue=0 x81)if(FlagMusicE nd=0) /TR1=1;/FlagMusicE nd=1; /定時器初始化時標信號到時標信號到獲取按鍵值上一次播放完畢，則啟動新的播放啟動定時器 音樂播放中5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-11 -程序解釋：在主程序中檢測按鍵按下，則啟動定時器1,并把音樂結(jié)束標志位置1。(2)其它功能模塊1鍵值處理模塊(省略)2定時器模塊Timer.h:#ifndef _TIMER_H_#defi ne _TIMER_H_#

18、in clude#i ncludeMicroDefi ne.hsbit Buzzer=P2A0;#defi ne MusicPlaySpeed 20/音樂播放速度宏定義/變量聲明extern bit FlagSystem1Ms;/1m時標信號extern bit FlagMusicE nd;/音樂播放結(jié)束標志位/定時器聲明extern void Timerl nit();/定時器初始化#en difTimer.c:#in cludeTimer.hbit FlagSystem1Ms=0;/1mbit FlagMusicE nd=0;/13個音符的半周期長度時標信號音樂播放結(jié)束標志位uint co

19、de TableNoteTime=1276,1136,1012,956,851,758, 716,638,568,506,478,425,379;13個音符對應的1/4拍內(nèi)半周期的個數(shù)uint code TableNoteNum=78,88,99,105,117,132,140,157, 176,198,209,235,264;/簡譜中對應的音符uchar code TableMusicNote=3,4,5,3,3,4,5,3,5,6,7,5,6,7,7,8,7,6,5,3,7,8,7,6,5,3,4,0,3,4,0,3;/簡譜中音符對應的拍數(shù)uchar code TalbeMusicBeat

20、=2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,4,2,2,4,1,1, 1,1,2,2,1,1,1,1,2,2,2,2,4,2,2,4;/*5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-12 -*函數(shù)名稱：Timerl nit()*功能 ：定時器初始化*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：無*說明 ：定時器0:產(chǎn)生1ms時標信號，方式2定時器1:驅(qū)動蜂鳴器，方式1*/void Timerl ni t()TMOD=0 x12;TH0=TL0=56;TH仁TL1=0 xFF;ET0=ET1=1;EA=1;TR0=1;/只開定時器0，定時器1的開啟由按鍵決定/*函數(shù)名稱：Timer0Isr()*功能 ：定時器0中斷服務函數(shù)*入口參數(shù)

21、：無*出口參數(shù)：無*說明 ：*/void Timer0Isr() in terrupt 1static uchar Cn t200us=0;if(+C nt200us=5)/產(chǎn)生1ms時標信號Cn t200us=0;FlagSystem1Ms=1;/*函數(shù)名稱：Timer1Isr()*功能 ：定時器1中斷服務函數(shù)*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：無5.10蜂鳴器和音樂發(fā)生器-13 -*說明：通過改變定時器的初裝值，產(chǎn)生不同頻率的蜂鳴器驅(qū)動信號MusicPIaySpeed是頭文件中宏定義，決定音樂的播放速度，其值不能小于10*/void Timer1lsr() in terrupt 3static uc

22、har NoteC nt=O;/播放音符計數(shù)器static uint HalfPeriodC nt=O; /半周期計數(shù)器uint Timer1Temp=0;/定時器長度暫存值/根據(jù)當前播放音符，計算出對應的定時器初值Timer1Temp=65536-TableNoteTimeTableMusicNoteNoteC nt;TH1=Timer1Temp/256;TL1=Timer1Temp%256;Buzzer=!Buzzer;/播放一個音符的時間到if(+HalfPeriodCnt=(TableNoteNumTableMusicNoteNoteCnt *TalbeMusicBeatNoteC nt)*MusicPlaySpeed/10)HalfPeriodC nt=0;/簡譜中的音符全部播放完if(+NoteC nt=32)NoteC nt=O;TR1=0;/FlagMusicE nd=0;/程序解釋:程序中使用了兩個定時器，和之前按鍵音一樣，一個用來產(chǎn)生系統(tǒng)時標信號，另外一個用于用于驅(qū)動蜂鳴器。按鍵啟動定時器1，定時器1溢出后，從播報的第一音符起，取出該音符半周期時間長度，計算出定時器1的初值，讓定時器1輸出該音符對應的脈沖波。定時器1每溢