基于51單片機的號音自動播放器設計

1 引言

機關、院校日常作息需要計時和號音提示，筆者利用AT89C51型單片機和LM386型音頻功率放大器構成了自動計時和號音播放器，成本低，效果好，值得推廣。

2 AT89C51的主要特性和引腳功能

AT89C51是帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（EPEROM）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器（俗稱單片機）。該單片機與工業標準的MCS－51型機的指令集和輸出引腳兼容。AT89C51將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為很多嵌入式控制提供了靈活性高且價格低廉的方案。

AT89C51的主要特性如下：

壽命達1000寫/擦循環；

數據保留時間：10年；

全靜態工作：0Hz－24MHz；

三級程序存儲器鎖定；

128×8位內部RAM；

32可編程I/O線；

2個16位定時器/計數器；

5個中斷源；

可編程串行通道；

低功耗閑置和掉電模式；

片內振蕩器和時鐘電路。

AT89C51引腳排列如圖1所示，引腳功能如下：

VCC（40）：＋5V。

GND（20）：接地。

P0口（39－32）：P0口為8位漏極開路雙向I/O口，每引腳可吸收8個TTL門電流。

P1口（1－8）：P1口是從內部提供上拉電阻器的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4個TTL門電流。

P2口（21－28）：P2口為內部上拉電阻器的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收和輸出4個TTL門電流。

P3口（10－17）：P3口是8個帶內部上拉電阻器的雙向I/O口，可接收和輸出4個TTL門電流，P3口也可作為AT89C51的特殊功能口。

RST（9）：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持RST引腳2個機器周期的高電平時間。

ALE/PROG（30）：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節，在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過1個ALE脈沖。

PSEN（29）：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期2次PSEN有效，但在訪問外部數據存儲器時，這2次有效的PSEN信號將不出現。

EA/VPP（31）：當EA保持低電平時，外部程序存儲器地址為（0000H－FFFFH）不管是否有內部程序存儲器。FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

XTAL1（19）：反向振蕩器放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2（18）：來自反向振蕩器的輸出。

3 號音自動播放系統的設計

號音自動播放系統如圖2所示，AT89C51的P1.0端接音頻放大模塊的IN＋端口，在音頻放大模塊的VOUT端接一個8歐姆或者16歐姆的喇叭。

3.1 電路設計及音樂編程原理

若要產生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率），再將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時半周期時間，每當計時終止后就將P1.0反相，然后重復計時再反相。就可在P1.0引腳上得到此頻率的脈沖。

利用AT89C51的內部定時器使其工作計數器模式（MODE1）下，改變計數值TH0及TL0以產生不同頻率的方法產生不同音階，例如，頻率為523Hz，其周期T＝1/523＝1912μs，因此只要令計數器計時956μs/1μs＝956，每計數956次時將I/O反相，就可得到中音DO（523Hz）。

計數脈沖值與頻率的關系式是：

N＝f_i÷2÷f_r

式中，N是計數值；f_i是機器頻率（晶體振蕩器為12MHz時，其頻率為1MHz）；f_r是想要產生的頻率。

其計數初值T的求法如下：

T＝65536－N＝65536－f_i÷2÷f_r

例如：設K＝65536，f_i＝1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的計數值。

T＝65536－N＝65536－f_i÷2÷f_r＝65536－1000000÷2÷f_r＝65536－500000/f_r

低音DO的T＝65536－500000/262＝63627

中音DO的T＝65536－500000/523＝64580

高音DO的T＝65536－500000/1046＝65059

C調各音符頻率與計數初值T對照如表1所示。

3.2 主程序流程

本系統主要完成作息定時和號音播放功能，因此用定時器T1中斷方式產生100ms基準時間，再根據作息表上各段時間的長短對基準時間用軟件計時。可以用查表方式取得計數參數，計時到后將播放子程序地址送DPTR，轉入播放子程序，放2遍對應號音后再繼續計時。主程序流程如圖3所示。

播放子程序是用T0中斷方式控制P1.0不斷取反以產生不同頻率音符，節拍的長短靠調用200ms延時子程序次數來完成。子程序也用查表來完成。