基于arm的音樂盒設計

摘 要：隨著科學技術的迅猛發展，計算機技術也得到了快速的發展，嵌入式技術也日趨成熟，并已經逐步發展成了比較關鍵的一門技術學科。文章介紹的是一個基于arm9處理器簡易音樂盒的設計及其實現方案，采用的是s3c2410處理器芯片。通過對樂譜音節和節拍的混排方式進行編碼來實現樂曲播放的功能。

關鍵詞：arm；嵌入式技術；s3c2410；音樂盒

1 概述

隨著科學技術，尤其計算機技術的快速發展，嵌入式技術也得到了快速的發展，并逐步發展成一門關鍵的技術學科。Arm即advanced RISC machines，雖然是一個公司的名字，它代表的是一項技術，是一類微處理器的統稱。它具有這樣的一些特點：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執行速度更快；大多數數據操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定。因而在工業、軍事國防、網絡、消費電子中能夠處處看到嵌入式技術arm的應用。

2 音樂盒設計

隨著人類社會的發展進步，人們對視聽方面的享受也提出了更高的要求。傳統的音樂盒大多是機械型的，一般是由一小片集成電路塊構成，一旦接通電源，即可播放優美、動聽的樂曲，然而這樣的音樂盒只能重復播放一個指定的、單一的曲目，不能按照人們的要求，播放出每個人喜歡的樂曲。文章所設計的音樂盒，不僅能夠存儲樂曲，還可以根據自身的需要和愛好將自己喜愛的曲目添加進去，只需要經過簡單的編程即可。

2.1 音樂盒的設計原理

我們知道頻率決定音調，根據十二平均律，有如圖1的音階圖對應關系：相鄰之間的兩個音位半音的關系。圖中每一格為一個半音，通過圖1中的公式，可以求出它們之間各個音的頻率。文章通過《祝你生日快樂》樂曲來描述簡易音樂盒的設計。《祝你生日快樂》樂曲的音階為F，F調音階與頻率的關系如表1所示。也就是說，只要能夠產生所對應的頻率振蕩信號，再經過放大器放大，再將放大的信號傳到揚聲器，就可聽到動聽優美的音樂。但音樂的長短都是由有一定規律組織起來的一個音組成，所以必須還要控制好每個音的播放時間，通常節拍和曲調的時間都是有其一定的對應關系。《祝你生日快樂》樂曲簡譜如圖2所示。

若f1距f2有n個半音，則計算公式為：n個半音=1/12*log2（f1/f2），若f1f2則n>0。

圖1 音階圖

2.2 硬件設計

在硬件設計方面筆者所采用的是arm9系列s3c2410處理器芯片，這也是整個音樂盒的核心部分。由s3c2410處理器芯片的定時器0來控制GBP0引腳輸出不同頻率的方波，實現產生每個音符所對應的頻率振蕩信號，再經過Q1的放大，傳至揚聲器播放樂曲。在設計中，我們所采用的蜂鳴器為無源蜂鳴器。（如圖3）

圖3 硬件結構圖

2.3 軟件設計

曲譜中不僅包含有音名信息，還包含有節拍信息。所以我們對曲譜進行編碼時所采用的是一種音名和節拍混排的方式。在程序設計方面，主要涉及以下因素：根據音樂簡譜中的低、中、高音的各自7個音符對應的頻率，設置Timer0工作頻率為1MHz，根據樂曲簡譜圖和音階與頻率的對照表得到每個音符所對應的頻率，計算出產生該音符所對應頻率的PWM信號所需的計數初值，然后用一個數組1來存放這些計數初值。考慮到每個節拍的延時時間的不同，設置一個基礎的延時時間，每個節拍的延時時間都是該基礎延時時間的整數倍。用延時函數來實現音長，函數的傳遞參數作為音長單位，將其用一個數組2來存放。根據不同樂曲的簡譜，用一個數組3按照其播放順序依次存放每個音符在數組1中的位置和其對應音長在數組2中的位置。通過依次調用數組3中的元素，來實現音樂的播放。

3 結束語

文章提出了一個簡易音樂盒的設計方案及實現思路，僅用到s3c2410處理器芯片的定時器功能，涉及硬件資源較少，采用音節和節拍的一個混排方式進行編碼，可以節省內存空間。人們可以根據自己的愛好興趣存儲、播放自己喜愛的樂曲。

參考文獻

[1]劉衛鋒，等.音樂與教學[J].數學通報，2005（4）.

[2]曹麗燕.基于單片機的音樂盒設計[J].信息與電腦，2010.

作者簡介：徐禮國（1984-），男，碩士研究生，主要從事電子技術研究。