摘要：為了解決專用音樂播放芯片只能一次性燒錄、播放內容不可變的缺點，文中給出了采用單片機來設計音樂播放器，同時通過Proteus軟件對基于AT89S52單片機的音樂播放器進行仿真的實現(xiàn)方法。利用該方法設計的播放器的播放內容和歌曲數(shù)量可以隨時修改。
關鍵詞：單片機；音樂播放器；Proteus
0 引言
播放音樂最簡單的方法就是采用專用音樂芯片，該方法的缺點是音樂芯片只能一次性燒錄，播放的內容不可變。而采用單片機播放音樂則能克服這一缺點，其播放的內容以及歌曲的數(shù)量都可以隨時修改。同時，使用軟件Proteus在產(chǎn)品開發(fā)的初期對設計進行仿真無疑是一種提高效率和降低成本的好辦法，但是仿真畢竟有一定的局限性，要實踐起來可能會碰到一些問題。為此，本文通過Proteus軟件對用AT89S52單片機播放音樂進行了仿真，指出了實際制作過程中需要注意的地方。
1 硬件電路設計
1．1 仿真軟件Proteus簡介
Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，它支持單片機且元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)單片機軟件仿真系統(tǒng)。目前可支持的單片機類型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。
1．2 電路設計
圖1所示是單片機音樂播放器的仿真原理圖。在Proteus仿真軟件中，按一下按鈕，蜂鷗器即可播放音樂。
事實上，按照圖1所示原理圖來焊接電路，其結果可能沒有任何效果。而圖2所示才是單片機音樂播放器的實際制作電路。與圖1相比，實
際電路多了兩個部分：一是單片機左邊最小系統(tǒng)所需的電路部分，而仿真軟件中則將這些省略了；另一個是單片機右邊多了一個三極管。之所以要加這個三極管，主要是為了放大蜂鳴器的驅動電流，而仿真軟件里面所有的元件都是理想元件，所以，仿真能實現(xiàn)的效果，實際做出來往往沒有效果。因此，要想在實際中實現(xiàn)滿意的效果還要憑借硬件經(jīng)驗進行反復的摸索和嘗試。
2 軟件設計
2．1 播放原理
聲音的頻譜范圍通常約為幾十到幾千赫茲，通過程序控制單片機的I／O口可輸出不同頻率的矩形波。當該矩形波的頻率位于聲音頻譜范圍內時，在單片機的I／O口接上喇叭就能發(fā)出聲音。然后利用延時程序控制矩形波的高、低電平持續(xù)時間，即改變矩形波的頻率，即可產(chǎn)生不同的音調，從而發(fā)出不同的聲音，再讓矩形波輸出的長短對應節(jié)拍，就可以實現(xiàn)單片機對音樂的演奏。
2．2 音調和節(jié)拍編碼
單片機奏樂只需弄清楚兩個概念，也就是“音調”和“節(jié)拍”。音調表示一個音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。
由于各個音調對應的頻率是已知的，因此，播放音樂時，應對樂曲中出現(xiàn)的音調進行編碼，并找出單片機播放這些音調所對應的定時初值。表1所列是音調編碼與定時器的初值表，其中頻率是已知的，編碼可以自己設置，而定時初值是怎樣得來的呢?下面以“低6”為例進行說明。“低6”的頻率f為440 Hz，其對應的周期為：T=1／f=1／440=272μs。單片機上對應蜂鳴器的I／O口來回取反的時間應為：t=T／2=2272／2=1136μs。單片機奏樂時，其定時器為工作方式1，若以振蕩器的十二分頻信號為計數(shù)脈沖，如果單片機晶振為12MHz，則1μs計數(shù)一次。所以，對于“低6”，其定時器的初值應該是：216-1136=64400。
對節(jié)拍的控制可通過延時程序來實現(xiàn)。表2所列是節(jié)拍編碼表。若以1拍的時長為400ms為例，1／2拍的時長為200ms，1／4拍的時長為100ms。首先，這樣，確定一個基本時長的延時程序，比如以100ms為基本延時時間，那么，1／4拍可以調用一次延時程序，1／2拍需調用二次延時程序，1拍需調用四次延時程序，依次類推。
2．3 編程
音調和節(jié)拍都進行過編碼后，那么，一首樂曲就可以用若干個8位的簡碼表示。比如“生日快樂歌”的第一個簡碼是“82H”，由表1可知，其高四位“8”表示音調“中5”，對應的頻率是784Hz，對應的定時器初值是64898；另由表2可知，其低四位“2”表示節(jié)拍為“2／4拍”。這樣，任意一首樂曲的簡碼都可以通過樂譜提取軟件獲得，而得到簡碼后，就可以編程了。圖3所示是單片機播放音樂的程序流程圖，本文使用的是定時器0，音調的高低由定時器來控制P3．7并按一定頻率取反實現(xiàn)，節(jié)拍的長短由延時程序控制。流程圖中的“TABLE”是由表1中的定時初值組成的。
3 結束語
本文通過Proteus ISIS對單片機音樂播放器進行了仿真，并在仿真的基礎上制作了一個音樂播放器實物，其音樂播放的效果很好。作者通過仿真與制作，對這兩者進行了比較與總結，并給出了兩種電路圖及程序流程圖，希望能成為讀者的參考。