基于AT89S52的乐曲编辑发生器的设计

2007-05-30 11:45:50来源: 国外电子元器件 关键字:编程  内核  输入  液晶

1 引言

基于RTX51的乐曲编辑发生器以AT89S52单片机为控制核心,操作者可以通过4×4矩阵键盘输入约定格式的任意乐曲,按“播放”键后,系统便开始播放所编辑的乐曲,并且音调和节拍都可以由单片机精确控制。为了降低成本,在最小硬件设计的基础上,系统的功能尽可能用软件来实现,系统软件是在面向MCS-51系列单片机的嵌入式实时多任务操作系统RTX51Tiny平台上,用C51高级语言和MCS-51汇编语言混合编程而开发的。

2 系统硬件设计

为了今后能够在线升级用户应用程序,采用带ISP接口的单片机AT89S52为核心构成乐曲编辑发生器。AT89S52具有快速8051内核、8 KB FlashE2PROM、256 B IDATA RAM,完全符合运行RTX51Tiny的硬件要求。笔者已研制了AT89S51/52的目标程序PC机下载软件,无需编程器即可完成单片机应用系统的开发。

为了设计编辑任意乐曲的人机界面,采用4×4矩阵键盘作为系统的输入设备,采用点阵式液晶显示模块TC1602A作为系统的输出设备。为了存储和读出任意乐曲,采用带I2C串行接口的E2PROM存储器AT24C02。为了放大单片机AT89S52产生的乐曲声音,采用了功率放大器LM386。系统硬件电路原理图如图1所示。


3 乐曲编辑和播放的软件实现

3.1 单片机产生音频矩形脉冲的方法

利用单片机的内部定时器T1并使其工作在定时器工作方式1(16 bit定时),改变T1的计数初值,就可以在单片机的I/O引脚端产生不同频率的音频矩形脉冲。

例如,音频矩形脉冲信号的频率为523 Hz,则其周期T=1/523=1912μs,因此,只要让计数器定时1912μs÷2=956μs,当定时956μs到的时候,将AT89S52的乐曲输出引脚P3.7反相,就可得到中音DO(523 Hz)。

单片机定时器计数初值T与单片机内部机器周期信号频率Fi和音频矩形脉冲信号频率Fr的关系如下。

为了叙述方便,不妨把定时器计数初值T称为简谱码。

3.2 乐曲的音调表示方法

单片机播放乐曲的过程,主要是用单片机来识别所编辑的乐曲并播放出来。单片机需要识别乐曲中的音调和音长(音长亦称为节拍),本设计用字母A~Z来代表乐曲的各个音调。数字0作为音调的结束标志,如表1所示。

3.3 乐曲编辑的软件实现方法

在系统软件设计时,已将按键处理作为一个任务即“按键处理任务”,它的主要功能是编辑乐曲。“按键处理任务”的执行需要“键盘扫描任务”向它发送信号来触发执行。“按键处理任务”的C51源程序如下。



3.4 乐曲播放的软件实现方法

在设计“播放任务”程序时,利用AT89S52内部的定时器T1定时溢出中断来产生音调的频率,并利用RTX51操作系统的os_wait2(K_TMO,ticks)函数来产生音长。“播放任务”的C51源程序如下:


3.5 系统软件流程

根据对系统功能的分析,把系统软件分解为5个任务,具体如下:

任务0:系统初始化任务,包括TC1602A的初始化、定时器T1的初始化、中断初始化。在启动任务1~任务4后,自动删除任务0,使得任务0只在系统上电复位时执行一次。

任务1:键盘扫描任务。每隔50 ms执行1次,扫描所得的键值存于全局变量keycode,然后向“按键处理任务”发信号。

任务2:按键处理任务。等待信号,根据键值keycode完成相应处理,实现的功能包括乐曲的编辑、乐曲的保存和读取等。

任务3:播放任务。等待信号,按照音调和音长播放乐曲。

任务4:显示刷新任务。根据光标指针变量的值在液晶屏上显示乐曲数据(音调和音长)。

系统软件流程图如图2所示。

4 结束语

本文给出了以单片机AT89S52为核心构成的任意乐曲编辑发生器,具有硬件电路简单、操作界面友好、使用方便的特点。该系统已投入运行,播放出来的乐曲效果良好,音调和节拍都由单片机控制得相当准确。

关键字:编程  内核  输入  液晶

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