51单片机（二十七）—— 蜂鸣器播放音乐

2023-05-16

1、实验原理介绍

蜂鸣器是电路中经常使用的发声器件，我们一般使用蜂鸣器发出“嘀嘀”的声音，用它作为提示音。有没有想过用蜂鸣器还可以播放音乐呢？这显然是件很有意思的事情。

本文使用蜂鸣器来播放音乐。为了深入了解此实验的原理，先介绍一下音乐的基础知识，音乐中的每个音调都有其固定的音高，简谱记谱法由7个基本唱名组成，它们分别用1、2、3、4、5、6、7表示。每个唱名对应固定的音高。由声学角度看，音高不同，发声物体振动的频率就不一样。

下图为钢琴键盘的一部分，图中的C4键对应的就是简谱唱名的中音1，左侧为这个唱名对应的声波的振动频率。由此可以向上和向下推出其它唱名的频率。

要想使蜂鸣器发出不同的声音就必须通过PWM波来驱动蜂鸣器，调节PWM波的频率就可以发出不同声调的声音。PWM是脉冲宽度调制的简称，PWM在控制中应用广泛，可以用于电机调速，舵机控制，步进电机控制等。在这个实验中我们用PWM波来驱动蜂鸣器发出不同声调的声音。

这个实验通过在T0中断中改变BUZZ接口的电平状态，来产生频率一定的方波，来驱动蜂鸣器。改变定时器的计数初始值，就可以产生不同声调的声音。例如：唱名为1的音的频率为262Hz，则它对应的周期约为3816us，周期的一半为1908us。也就是说当单片机采用12MHz晶振时，它的周期是1908个机器周期。则定时器的计数初始值为65536-1908=63628，对应的16进制值为0xF88C。以此类推，可以起算出其它唱名的计数初始值。

在程序中，toneH[10]和toneL[10]用来存储音调对应的计数初始值的高8位和低8位。soundtone[42]存储的是需要发声的音调，其中1~7代表唱名1~7。soundlong[42]用来存储与soundtone[42]相对应的唱名的发声时长。

在本文中，我们用蜂鸣器来播放《小星星亮晶晶》这首简单的儿歌，它的简谱如下所示。

在使用蜂鸣器进行音乐播放时，驱动蜂鸣器的PWM信号按照简谱的唱名改变为相应的频率，并持续相应的时长，就可以达到播放音乐的目的。

2、例程验证

在这个例程的代码中，首先定义了几个数组，如下所示。

code unsigned int toneH[10]={     //音调对应的定时器计数值的高8位 第一个音为低音7
0XF8,0XF8,0XF9,0XFA,0XFA,0XFB,0XFB,0XFC,0XFC,0XFC
};
code unsigned int toneL[10]={     //音调对应的定时器计数值的低8位
0X18,0X8C,0X6B,0X15,0X67,0X04,0X90,0X0C,0X44,0XAC
};

code unsigned int soundtone[42]={
1,1,5,5,6,6,5,4,4,3,3,2,2,1,
5,5,4,4,3,3,2,5,5,4,4,3,3,2,
1,1,5,5,6,6,5,4,4,3,3,2,2,1
};

code unsigned int soundlong[42]={
1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,
1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2,
1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,1,1,1,2
};

在上面我们已经有了介绍，toneH[10]和toneL[10]用来存储音调对应的计数初始值的高8位和低8位。soundtone[42]存储的是需要发声的音调，其中1~7代表唱名1~7，我们可以看到，这些唱名与简谱中是一一对应的。soundlong[42]用来存储与soundtone[42]相对应的唱名的发声时长。

这个例程的主函数如下所示

void main(void) 
{
    init_T0();  
    for(;;) 
    {
        for(t=0;t<42;t++) 
        {
            t_H=toneH[soundtone[t]];     //提取音调对应的定时器初始值
            t_L=toneL[soundtone[t]];
        	TH0=t_H;		  //给TH0和TL0赋值
        	TL0=t_L;
            TR0=1;              //打开定时器，蜂鸣器发声
            delay1ms(soundlong[t]*500);    //延时soundlong[t]指定的时间长度
            BUZZ=0;             //蜂鸣器不发声，停顿片刻
            TR0=0;
            delay1ms(50);
        }
        delay1ms(2000);
     } 
}

在主函数中，首先初始化T0，这个初始化函数中，将T0设置为16位定时器，在中断处理函数中，改变蜂鸣器控制IO口的电平状态。然后代码进入for循环，在for循环中，又进入另一个for循环，这个for循环，对这段音乐的每个唱名进行遍历，将T0的计时寄存器按照唱名进行赋值，并延时soundlong[42]要求的时间长度。遍历完soundtone[42]中所有的唱名，则完成音乐的播放，再进入下一个大的for循环，进行再次播放。

将代码烧写到51单片机中，可以听到悦耳的音乐。

源码链接

https://download.csdn.net/download/bhniunan/12231046

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