電子琴設計主講教師：呂世林《汽車單片機應用技術(shù)》汽車智能技術(shù)專業(yè)教學資源庫1、會使用的定時計數(shù)器產(chǎn)生不用頻率的方波；2、會調(diào)節(jié)蜂鳴器的音調(diào)；3、蜂鳴器的工作原理；4、電子音樂的實現(xiàn)方法。知識目標1、能設計出蜂鳴器與單片機連接的硬件電路；2、能利用定時器改變蜂鳴器發(fā)音頻率；3、能完成蜂鳴器發(fā)出不同音調(diào)的聲音程序設計。能力目標學習目標任務初步訓練利用定時器和蜂鳴器發(fā)出7個單調(diào)來。強化訓練電子琴模擬實驗。學習任務任務相關(guān)知識1、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及特點2、與定時器相關(guān)的寄存器3、定時/計數(shù)器的工作方式4、定時/計數(shù)器初值計算任務相關(guān)知識（1）定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及特點1）定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)1、定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位（THx，x=0，1）和低8位（TLx，x=0，1）兩個寄存器組成。2、TMOD——定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；3、TCON——控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖任務相關(guān)知識2）定時/計數(shù)器的特點對于定時/計數(shù)器來說,不管是獨立的定時器芯片還是單片機內(nèi)的定時器，大都有以下特點：①定時/計數(shù)器有多種工作方式，可以是計數(shù)方式也可以是定時方式。②定時/計數(shù)器的計數(shù)值是可變的,當然對計數(shù)的最大值有一定限制，這取決于計數(shù)器的位數(shù)。計數(shù)的最大值也就限制了定時的最大值。③可以按照規(guī)定的定時或計數(shù)值,在定時時間到或者計數(shù)終止——發(fā)出中斷申請，以便實現(xiàn)定時控制。任務相關(guān)知識（2）與定時器相關(guān)的寄存器1）TMOD——工作方式寄存器工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0的設置，高四位用于T1的設置。其格式及功能示意圖如圖所示。注意：由于TMOD不能進行位尋址，所有只能用字節(jié)指令設置定時/計數(shù)器的工作方式。復位時TMOD所有位清0，一班應重新設置。

TMOD寄存器的格式及功能示意圖任務相關(guān)知識2）TCON——控制寄存器TCON的低四位與外部中斷設置相關(guān)，已經(jīng)在前面介紹。TCON的高四位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式及功能示意圖如圖所示。TCON寄存器的格式及功能示意圖任務相關(guān)知識（3）定時/計數(shù)器的工作方式1）方式0方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。T0方式0的邏輯結(jié)構(gòu)圖任務相關(guān)知識C/T=0是為定時器模式，若t為定時時間，N為計數(shù)值，Tcy為機器周期，則三者之間的關(guān)系為：N＝t/Tcy，計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當GATE=0時，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。任務相關(guān)知識2）方式1方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)初值計算的公式為：計數(shù)個數(shù)為：65536個即個，初始值范圍：1~65535T0方式1的邏輯結(jié)構(gòu)圖任務相關(guān)知識3）方式2方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系：執(zhí)行過程為：TH0為8位初值寄存器，當TL0計數(shù)溢出時，由硬件使TF0置1，向CPU發(fā)出中斷請求，并將TH0重的計數(shù)初值自動裝入TL0，TL0從初值重新進行加1計數(shù)。這種工作方式適合于較精確的脈沖信號發(fā)生器。

T0方式2的邏輯結(jié)構(gòu)圖任務相關(guān)知識4）方式3方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。T0：分成兩個獨立的定時/計數(shù)器TH0和TL0，TL0使用T0的所有控制位，TH0使用T1的所有控制位。定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)，且TH0固定為定時模式。T1：停止工作。

T0方式3的邏輯結(jié)構(gòu)圖任務相關(guān)知識（4）定時/計數(shù)器初值計算1）確定工作方式根據(jù)定時時間公式晶振為12MHz：各種工作方式的定時時間公式為工作方式0：t＝（213－T0初值）×振蕩周期×12

工作方式1：t＝（216－T0初值）×振蕩周期×12

工作方式2，3：t＝（28－T0初值）×振蕩周期×12根據(jù)定時時間公式得到方式0最大定時時間為8.192ms；方式1最大定時時間為65.536ms；方式2最大定時時間為256us。根據(jù)以上最大定時時間，可選擇哪種工作方式（選擇最優(yōu)方案為工作方式1）。任務相關(guān)知識2）確定初值思考：4種工作方式的最大定時時間都沒有達到1s，如何實現(xiàn)1s的定時？運用循環(huán)重復定時實現(xiàn)定時1s。確定一次定時時間（50ms），確定TH0（TH1）和TL0（TL1）的值。以定時/計數(shù)器1的工作方式1為例：假設單片機晶振頻率為：FOSC=11.0592MHz，計時時間為：T1_T=20000us則：

TH1=(65536-(unsignedint)(T1_T*FOSC/12))>>8;TL1=65536-(unsignedint)(T1_T*FOSC/12);利用定時器定時1s，可采用查詢方式或者中斷方式。任務相關(guān)知識3）定時器中斷的初始化設置步驟①確定工作方式，即對TMOD寄存器進行賦值。②計算計數(shù)初值，并寫入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中。③根據(jù)需要，置位ETx允許T/C中斷。④置位EA使CPU開中斷(需要時)。⑤置位TRx啟動定時或計數(shù)。初步訓練初步訓練利用定時器和蜂鳴器，電子琴如何發(fā)出1哆、2來、3咪、4發(fā)、5嗦、6拉、7西等音調(diào)的來？任務分析：音調(diào)由不同頻率的方波產(chǎn)生，音調(diào)與頻率的關(guān)系如表4-5-3-1所示。要產(chǎn)生音頻方波，只要算出某一音頻的周期(1/頻率)，然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用計時器計時此半周期時間，每當計時到后就將輸出方波的l/O口反相，然后重復計時此半周期時間再對I/O口反相，就可在I/O腳得到此頻率的方波。每個音調(diào)相應的定時器初值X可按下法計算：則初步訓練當晶振，各音調(diào)相應的定時器初值X如表所示。音調(diào)與頻率的關(guān)系根據(jù)以上分析，畫出電路圖初步訓練電子琴發(fā)出7個音調(diào)電路原理圖初步訓練程序流程圖初步訓練操作步驟1、連線：使用連接線，在斷電狀態(tài)下按照原理圖連接硬件電路；2、運行KeilC51軟件，新建一個工程文件（如BJDJ），新建一個工程文件BJDJ.ASM；3、輸入并編輯BJDJ.ASM文件，并且編譯生成HEX文件；4、用編程器將生成的HEX文件燒寫到單片機中，或用仿真器來執(zhí)行程序，將程序下載到仿真器中；5、運行實驗程序，按下按鈕，將會聽到喇叭發(fā)出一定頻率的聲音。按下不同的按鍵，將聽到不同的聲音；6、完成實訓操作，關(guān)閉電源，拆除接線，整理歸位；7、完成任務工單中相關(guān)題目。強化訓練強化訓練任務分析音樂產(chǎn)生的方法：一首音樂是許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，這樣我們就可以利用不同頻率的組合，構(gòu)成我們想要的音樂了。當然對于單片機產(chǎn)生不同的頻率可以利用單片機的定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生，因此我們只要把音階對應頻率的關(guān)系弄正確即可。下面是以單片機12MHz晶振為例，列出高中低音符與單片機計數(shù)T0相關(guān)的計數(shù)值。電子琴模擬實驗：設計出蜂鳴器與單片機連接的硬件電路，利用定時器改變蜂鳴器發(fā)音頻率，進一步學習矩陣式鍵盤的編程方法。強化訓練音符頻率（Hz）簡譜碼（T值）

音符頻率（Hz）簡譜碼（T值）低1DO26263628＃4FA＃74064860＃1DO＃27763731中5SO78464898低2RE29463835＃5SO＃83164934＃2RE＃31163928中6LA88064968低3M33064021＃693264994低4FA34964103中7SI98865030＃4FA＃37064185高1DO104665058低5SO39264260＃1DO＃110965085＃5SO＃41564331高2RE117565110低6LA44064400＃2RE＃124565134＃646664463高3M124565157低7SI49464524高4FA139765178中1DU52364580＃4FA＃148065198＃1DU＃55464633高5SO156865217中2RE58764684＃5SO＃166165235＃2RE＃62264732高6LA176065252中3M65964777＃6186565268中4FA69864820高7SI196765283強化訓練此實驗鍵盤所對應的音符為下表根據(jù)以上分析，畫出電路圖強化訓練電子琴實驗電路圖強化訓練程序步驟1、矩陣式鍵盤區(qū)8P插槽連到單片機最小系統(tǒng)P3端口的8P插槽，單片機的EA腳接+5V；2、音頻電路區(qū)的IN端口連到單片機最小系統(tǒng)1腳端口；3、運行KeilC51軟件，新建一個工程，新建一個文件。將文件添加到工程中并編譯，如有錯，請更改直到編譯成功，如有錯，請更改直到編譯成功；4、用編程器將生成的HEX文件燒寫到單片機中，或用仿真器來執(zhí)行程序，將程序下載到仿真器中，具體方法請參考仿真器的使用一節(jié)。用編程器將生成的HEX文件燒寫到單片機中；5、運行實驗程序，按下按鈕，將會聽到喇叭發(fā)出一定頻率的聲音。按下不同的按鍵，將聽到不同的聲音；6、完成實訓操作，關(guān)閉電源，拆除接線，整理歸位；7、完成任務工單中相關(guān)題目。強化訓練KEYBUFEQU30HSTH0EQU31HSTL0EQU32HTEMPEQU33HORG00HLJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0START:MOVTMOD,#01HSETBET0SETBEAWAIT:MOVP3,#0FFHCLRP3.4MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY1LCALLDELY10MSMOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY1MOVA,P3ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,NK1MOVKEYBUF,#0LJMPDK1NK1:CJNEA,#0DH,NK2MOVKEYBUF,#1LJMPDK1NK2:CJNEA,#0BH,NK3MOVKEYBUF,#2LJMPDK1NK3:CJNEA,#07H,NK4MOVKEYBUF,#3LJMPDK1NK4:NOPDK1:MOVA,KEYBUFMOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVA,KEYBUFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0DK1A:MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZDK1ACLRTR0NOKEY1:MOVP3,#0FFHCLRP3.5MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY2LCALLDELY10MSMOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY2MOVA,P3ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,NK5MOVKEYBUF,#4LJMPDK2NK5:CJNEA,#0DH,NK6MOVKEYBUF,#5LJMPDK2NK6:CJNEA,#0BH,NK7MOVKEYBUF,#6LJMPDK2NK7:CJNEA,#07H,NK8MOVKEYBUF,#7LJMPDK2NK8:NOPDK2:MOVA,KEYBUFMOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVA,KEYBUFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0DK2A:MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZDK2ACLRTR0NOKEY2:MOVP3,#0FFHCLRP3.6MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY3LCALLDELY10MSMOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY3MOVA,P3ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,NK9MOVKEYBUF,#8LJMPDK3NK9:CJNEA,#0DH,NK10MOVKEYBUF,#9LJMPDK3NK10:CJNEA,#0BH,NK11MOVKEYBUF,#10LJMPDK3NK11:CJNEA,#07H,NK12MOVKEYBUF,#11LJMPDK3NK12:NOPDK3:MOVA,KEYBUFMOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVA,KEYBUFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@A+DPTRMOVSTL0,AMOVTL0,ASETBTR0

強化訓練DK3A:MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJNZDK3ACLRTR0NOKEY3:MOVP3,#0FFHCLRP3.7MOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY4LCALLDELY10MSMOVA,P3ANLA,#0FHXRLA,#0FHJZNOKEY4MOVA,P3ANLA,#0FHCJNEA,#0EH,NK13MOVKEYBUF,#12LJMPDK4NK13:CJNEA,#0DH,NK14MOVKEYBUF,#13LJMPDK4NK14:CJNEA,#0BH,NK15MOVKEYBUF,#14LJMPDK4NK15:CJNEA,#07H,NK16MOVKEYBUF,#15LJMPDK4NK16:NOPDK4:MOVA,KEYBUFMOVDPTR,#TABLEMOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVA,KEYBUFMOVB,#2MULABMOVTEMP,AMOVDPTR,#TABLE1MOVCA,@A+DPTRMOVSTH0,AMOVTH0,AINCTEMPMOVA,TEMPMOVCA,@