基于51單片機(jī)的電子播放器開發(fā)與研究

貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 虎恩景 王建衛(wèi)

引言

近些年來，作為電子技術(shù)中的重要組成部分之一，單片機(jī)的應(yīng)用也越來越深入，并引發(fā)了工商領(lǐng)域、家電、電子等行業(yè)的革新，促進(jìn)了工業(yè)自動化技術(shù)、數(shù)據(jù)集成與采集系統(tǒng)、智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地提升了電子電路等的開發(fā)效率。51單片機(jī)能夠支持多種類型的音樂文件，可以對音樂文件進(jìn)行解碼，對存儲設(shè)備上的曲目及文件加以識別，本文以51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種電子音樂播放器。

一、51單片機(jī)生成音樂的原理

對于51單片機(jī)而言，其能夠生成音樂的原理如下：就51單片機(jī)系統(tǒng)來看，其內(nèi)具有相應(yīng)的定沖中斷程序，該程序能夠確保51單片機(jī)在某一延時時間段中完成不同區(qū)間頻率的改變。不同區(qū)間的頻率，由于具有信號的收集與放大功能，并生成相應(yīng)的方波信號，該信號數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)骄哂型饨庸δ艿姆澍Q端，由此實(shí)現(xiàn)了不同聲音的生成。對于相應(yīng)的具有連續(xù)性的方波信號而言，可以產(chǎn)生連續(xù)的、悅耳的聲音，生成音樂。結(jié)合51單片機(jī)生成音樂的原理，對電子音樂播放器的軟硬件功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)。

二、以51單片機(jī)為核心的電子播放器設(shè)計(jì)

結(jié)合已有文獻(xiàn)資料及研究結(jié)果，本文以51單片機(jī)為核心，開發(fā)了一種自動化電子播放器，并借助于仿真對所設(shè)計(jì)播放器的應(yīng)用性能進(jìn)行了驗(yàn)證。借助于單片機(jī)的信號收集與放大功能，對定時器所發(fā)出的不同區(qū)間的頻率方波信號進(jìn)行接收，經(jīng)過放大之后，借以蜂鳴器端將信號轉(zhuǎn)換為不同的音調(diào)，再借助于單片機(jī)的程序?qū)σ粽{(diào)不同時長進(jìn)行選擇，連續(xù)形成了相應(yīng)的音樂。在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，借助于Kiel等軟件進(jìn)行軟件程序的開發(fā)，并就硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以軟件開發(fā)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步添加了相應(yīng)的中斷系統(tǒng)，對音調(diào)時長等進(jìn)行了調(diào)整，打造出連續(xù)、完整的樂曲。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括如下幾個部分，即單片機(jī)，電源、聲路、按鈕電路、時鐘、復(fù)位以及晶振等電路，如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（一）電子播放器軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

本文所設(shè)計(jì)的電子播放器軟件流程，能夠直接在TD-III學(xué)習(xí)機(jī)上實(shí)現(xiàn)，就其他種類的學(xué)習(xí)機(jī)而言，所需調(diào)整的僅僅是地址等。例如，程序所演奏的是C調(diào)樂曲，每分鐘94拍，此時可以尋找相對應(yīng)的歌曲，根據(jù)已經(jīng)給定常數(shù)，對音樂進(jìn)行翻譯，生成相應(yīng)的代碼錄入系統(tǒng)之中，無需改變系統(tǒng)的程序。

為了生成相應(yīng)的音樂，需要結(jié)合不同樂曲的音調(diào)、節(jié)奏等情況，以及相應(yīng)的搭配頻率，組成不同的樂曲，對于頻率不同的組合而言，所生成的樂曲差異甚大。51單片機(jī)利用系統(tǒng)定時計(jì)數(shù)器，對不同區(qū)間的方波信號頻率進(jìn)行了接收，在確保差異化音階所對應(yīng)頻率正確的情況下，獲取最終的樂曲。先借助于系統(tǒng)內(nèi)部所提供的定時器功能，將系統(tǒng)計(jì)數(shù)器設(shè)置為T1運(yùn)行模式，此時，利用TH1、TLl進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)，并生成相應(yīng)的連續(xù)音階。例如，對于P1.0引腳而言，若需采用音頻脈沖信號，此時必須對某音頻半周期時間進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)時中斷后引腳將會循環(huán)實(shí)現(xiàn)反相，當(dāng)再次進(jìn)行計(jì)時時，會再次進(jìn)行反相，這樣就得到該引腳的頻次脈沖信號。以中音DO為例，在頻次523Hz時，獲取其半周期956μs，則引腳反相最終可得該音。

（二）電子播放器硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)

本文主要利用的是AT89C51單片機(jī)，其供電為4V到6V，此時可以借助于三個干電池即可實(shí)現(xiàn)電源部分的要求。對于功放芯片，采用的是LM386芯片，揚(yáng)聲設(shè)備采用的是一般的喇叭，這樣采用蜂鳴器時音低，在整個硬件電路中，設(shè)置1個電源開關(guān)即可，采用的是撥動式開關(guān)，并安設(shè)了十二個按鍵，分別用于曲目的選擇和播放、確認(rèn)功能。

對于硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于音頻信號的放大，因此，如何開發(fā)該電路是一個關(guān)鍵。由于該單片機(jī)缺乏多重振幅的諧振頻次，因而難以有效地打造有如專業(yè)器樂的多重音色與絕佳效果，為此，就51單片機(jī)來看，每首樂曲均源來自于一個個單一的音符頻率。在運(yùn)用51單片機(jī)進(jìn)行音頻信號放大系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)過程中，必須做好音調(diào)、音符及節(jié)奏變化等處理工作，以便更好地對不同的樂曲進(jìn)行區(qū)別。對于硬件設(shè)計(jì)，音頻信號放大環(huán)節(jié)屬于整個硬件開發(fā)的關(guān)鍵之處，借助于AT89C51單片機(jī)的I/O接口，可以生成相應(yīng)頻次的脈沖信號，這樣以LM386為基礎(chǔ)的功放電路將自動對揚(yáng)聲設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動，繼而產(chǎn)生不同的音調(diào)和節(jié)奏，生成不同的音樂。

三、結(jié)束語

總之，51單片機(jī)能夠支持各種音樂格式，因而在電子播放器開發(fā)中的應(yīng)用十分廣泛。結(jié)合軟、硬件設(shè)計(jì)，開發(fā)了一種基于51單片機(jī)的電子播放器，結(jié)合單片機(jī)發(fā)音原理，對電子播放器子程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了音樂播放。開發(fā)電子音樂播放器不僅實(shí)現(xiàn)了曲目選擇與播放，還具有較強(qiáng)的可讀與應(yīng)用性，能用于多種音樂格式與曲目的制作與播放，具有較強(qiáng)應(yīng)用價值。

[1]孫珊珊,李欣.基于STC89CS:單片機(jī)的智能報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].綏化學(xué)院學(xué)報,2014,21(05):154-156.

[2]]何諧,唐大全,張淑廷,等.一種基于51單片機(jī)的音樂播放器設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與嵌入式技術(shù),2014,11(23):302-303.