采用AT89S52的樂曲編輯發生器的設計

1引言

基于RTX51的樂曲編輯發生器以AT89S52單片機為控制核心，操作者可以通過4×4矩陣鍵盤輸入約定格式的任意樂曲，按“播放”鍵后，系統便開始播放所編輯的樂曲，并且音調和節拍都可以由單片機精確控制。為了降低成本，在最小硬件設計的基礎上，系統的功能盡可能用軟件來實現，系統軟件是在面向MCS-51系列單片機的嵌入式實時多任務操作系統RTX51Tiny平臺上，用C51高級語言和MCS-51匯編語言混合編程而開發的。

2 系統硬件設計

為了今后能夠在線升級用戶應用程序，采用帶ISP接口的單片機AT89S52為核心構成樂曲編輯發生器。AT89S52具有快速8051內核、8 KB FlashE2PROM、256 B IDATA RAM，完全符合運行RTX51Tiny的硬件要求。筆者已研制了AT89S51／52的目標程序PC機下載軟件，無需編程器即可完成單片機應用系統的開發。

為了設計編輯任意樂曲的人機界面，采用4×4矩陣鍵盤作為系統的輸入設備，采用點陣式液晶顯示模塊TC1602A作為系統的輸出設備。為了存儲和讀出任意樂曲，采用帶I2C串行接口的E2PROM存儲器AT24C02。為了放大單片機AT89S52產生的樂曲聲音，采用了功率放大器LM386。系統硬件電路原理圖如圖1所示。

3 樂曲編輯和播放的軟件實現

3.1 單片機產生音頻矩形脈沖的方法

利用單片機的內部定時器T1并使其工作在定時器工作方式1(16 bit定時)，改變T1的計數初值，就可以在單片機的I／O引腳端產生不同頻率的音頻矩形脈沖。

例如，音頻矩形脈沖信號的頻率為523 Hz，則其周期T=1／523=1912μs，因此，只要讓計數器定時1912μs÷2=956μs，當定時956μs到的時候，將AT89S52的樂曲輸出引腳P3.7反相，就可得到中音DO(523 Hz)。

單片機定時器計數初值T與單片機內部機器周期信號頻率Fi和音頻矩形脈沖信號頻率Fr的關系如下。

為了敘述方便，不妨把定時器計數初值T稱為簡譜碼。

3.2 樂曲的音調表示方法

單片機播放樂曲的過程，主要是用單片機來識別所編輯的樂曲并播放出來。單片機需要識別樂曲中的音調和音長(音長亦稱為節拍)，本設計用字母A～Z來代表樂曲的各個音調。數字0作為音調的結束標志，如表1所示。

3.3 樂曲編輯的軟件實現方法

在系統軟件設計時，已將按鍵處理作為一個任務即“按鍵處理任務”，它的主要功能是編輯樂曲。“按鍵處理任務”的執行需要“鍵盤掃描任務”向它發送信號來觸發執行。“按鍵處理任務”的C51源程序如下。