课程设计：嵌入式系统应用
题目名称：利用蜂鸣器实现音乐播放功能
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完成时间：
1设计的任务
设计内容：动手焊接一个51单片机
设计目标：利用单片机上的蜂鸣器实现音乐播放功能
2 设计的过程
2.1 基本结构
1.STC89C52RC
在本次的试验中采用了STC89C52RC单片机，STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期，工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机），工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz，用户应用程序空间为8K 字节。
（STC89C52RC引脚图）
STC89C52RC单片机的工作模式：
（1）典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序（2）空闲模式：典型功耗2mA
（3）正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA
（4）唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
2.蜂鸣器及其工作原理：
蜂鸣器按其结构分主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
本实验采用的是电磁式蜂鸣器。
蜂鸣器按其是否带有信号源又分为有源和无源两种类型。有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。无源蜂鸣器可以理解成与喇叭一
样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。
本实验采用的是有源蜂鸣器。
（蜂鸣器与单片机连接电路图）
2.2 软件设计过程
1.蜂鸣器发声原理
本实验由于采用有源蜂鸣器，只需将引脚端口P3^4清零，蜂鸣器即可发声；P3^4置位，蜂鸣器停止发声。采用置1置0的方法只
能使蜂鸣器发声或停止发声，想要使蜂鸣器发出声音，必须对蜂鸣
器发出声音的音频和节拍进行控制。
（音乐基础
音调：
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。
节拍：
节拍是让音乐具有旋律（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。
）
1）控制发声频率
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。利用STC89C52RC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从而
产生不同频率。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0x00，则表示曲子终了；若查表结果为0xff，则产生相应的停顿效果。
以标准音高A为例，A的频率是440Hz，周期T=1/440=2272us。
在占空比为50%的情况下，导通时间=断开时间=半周期
t=2272us/2=1136us，利用P3^4端口的位操作，经过不断地反相变换即可得到标准音高A的音频脉冲。端口导通时间与断开时的时间利用定时器实现。具体的方法是将单片机定时器的中断触发时间设为半周期t，这样每隔半周期端口反相，输出连续的对应音高的频率。
设晶振的频率为f0，中断触发时间（半周期）为t，定时器工作在模式1时计数器的初值为THL，高8位为THL，低8位为TL。时钟周期即为1/f0，定时器每一次累加用去一个机器周期，一个机器周期包含12个时钟周期，即定时器每次加一所用时间是12/f0。定时器在模式1下计时采用16位数，最大计数为2^16-1（65535），再次加一（65536）溢出触发中断。根据以上分析可得如下关系：
音频对应定时器初值的高8位TH=THL/(2^8)=(65536-t*f/12)/256;
音频对应定时器初值的低8位TL=THL%(2^8)=(65536-t*f/12)%256; 附：八度12音阶定时器初值表（只含自然音）
低音音名频率Hz 晶振
12MHz
晶振
11.059
2MHz
中音音
名
频率Hz 晶振
12MHz
晶振
11.059
2MHz
高音音
名
频率Hz 晶振
12MHz
晶振
11.059
2MHz
Do 262 0xF885 0xF91B Do 523 0xFC4
3 0xFC8
E
Do 1046 0xFE21 0xFE47
Re 294 0xF95
A 0xF9DF Re 587 0xFCA
D
0xFCE
D
Re 1175 0xFE56 0xFE76
Mi 330 0xFA10xFA8Mi 659 0xFD00xFD4Mi 1318 0xFE85 0xFEA
