《51单片机应用开发从入门到精通》——2.11 歌曲演奏实例
本节书摘来异步社区《51单片机应用开发从入门到精通》一书中的第2章，第2.11节，作者：张华杰 ，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
2.11 歌曲演奏实例
51单片机应用开发从入门到精通
本实例是利用单片机演奏一首生日快乐歌。
2.11.1 编程演奏器原理
1．演奏器原理
（1）通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。
（2）用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍，表2-14是各调1/4节拍的时间表。
（3）把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间。
（4）表2-15为单片机晶振频率为12MHz时，乐曲中的音符、频率及定时常数之间的对应关系表。
2．歌谱
3．建立步骤
（1）先把乐谱的音符找出，然后根据表2-15给出的定时值按乐谱的音符顺序建立编码表TABLE。
定时值为十六进制4位数，拆开分为两组，如5对应的定时值为FD80H，拆分为FDH和80H两组。前组装入定时器的高位TH0，后组装入定时器的低位TL0。程序中将进行两次查表来完成一个音符对应的定时初值的装入。
（2）在程序中使用定时器T0方式1来产生歌谱中各音符对应频率的音频脉冲，由 P3.4输出，再经三极管将信号放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。
（3）程序中节拍的控制是通过调用延时子程序DELAY的次数来实现的，1拍为 748 ms，即需要调用4次DELAY；3/4拍需要调用3次DELAY；2/4拍需要调用2次DELAY。
（4）节拍的控制码在表TABLE中位于音符码的后面。如第1行“DB 0FDH,80H, 03H,…”中，0FDH和80H是音符5的音符码，其后边的03H是节拍码，即3/4拍的时间。
（5）当一个音符的发音时间到时，再查下一个音符的定时常数和延时常数。依此进行下去，就可演奏出悦耳动听的乐曲。
2.11.2 程序设计
1．流程图
程序设计流程如图2-18所示。
2．程序
汇编语言编写的歌曲演奏源程序FS03.ASM代码如下：
01： ORG 00H ;主程序起始地址
02： JMP START ;跳转至主程序
03： ORG 0BH ;定时器T0中断入口
04： JMP EXT0 ;跳转至T0中断子程序
05： START: MOV TMOD,#00000001B ;设置T0方式1
06： MOV IE,#10000010B ;允许T0中断
07： MOV DPTR, #TABLE ;存表首地址
08： LOOP: CLR A ;清0
09： MOVC A,@A + DPTR ;查表
10： MOV R1, A ;定时器高8位存入R1
11： INC DPTR ;指针加1
12： CLR A ;清0
13： MOVC A,@A + DPTR ;查表
14： MOV R0, A ;定时器低8位存入R0
15： ORL A, R1 ;进行或运算
16： JZ NEXT0 ;全0为休止符
17： MOV A, R0
18： ANL A, R1 ;进行与运算
19： CJNE A, #0FFH, NEXT ;全1表示乐曲结束
20: JMP START ;从头开始循环演奏
21: NEXT: MOV TH0, R1 ;装入高位定时值
22: MOV TL0, R0 ;装入低位定时值
23: SETB TR0 ;启动定时器T0
24: JMP NEXT1 ;跳转到NEXT1处
25: NEXT0: CLR TR0 ;关闭定时器，停止发音
26: NEXT1: CLR A ;清0
27： INC DPTR ;指针加1
28： MOVC A, @A + DPTR ;查延时常数
29： MOV R2, A ;延时常数存入R2
30： LOOP1: ACALL DELAY ;调用延时子程序
31： DJNZ R2, LOOP1 ;控制延时次数
32： INC DPTR ;指针加1
33： JMP LOOP ;跳转到LOOP处
34： EXT0: MOV TH0, R1 ;重装定时值
35： MOV TL0, R0
36： CPL P3.4 ;反相输出
37： RETI ;中断子程序返回
38： DELAY: MOV R7, #02 ;延时187ms子程序
39： D2: MOV R6, #187
40： D3: MOV R5, #248
41： DJNZ R5,$
42: DJNZ R6, D3
43: DJNZ R7, D2
44: RET ;延时子程序返回
45: TABLE: DB 0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H ;编码表
46: DB 0FDH,0C6H,04H, 0FDH,80H,04H
47: DB 0FEH,2AH,04H, 0FEH,02H,04H
48: DB 00H,00H,04H
49: DB 0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H
50: DB 0FDH,0C6H,04H, 0FDH,80H,04H
51: DB 0FEH,5CH,04H, 0FEH,2AH,04H
52: DB 00H,00H,04H
53: DB 0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H
54: DB 0FEH,0C0H,04H, 0FEH,84H,04H
55: DB 0FEH,2AH,04H, 0FEH,02H,04H
56: DB 0FDH,0C6H,04H
57: DB 0FEH,98H,03H, 0FEH,98H,01H
58： DB 0FEH,84H,04H, 0FEH,2AH,04H
59： DB 0FEH,5CH,04H, 0FEH,2AH,04H
60： DB 00H,00H,04H
61： DB 0FFH,0FFH ;结束码
62： END ;程序结束2.11.3 代码详解
1．标号说明
START：程序开始的进入点。
LOOP：处理下一个音符的进入点。
NEXT：装入定时初值的进入点。
NEXT0：关闭定时器、停止发音的进入点。
NEXT1：查找延时常数的进入点。
LOOP1：处理节拍时间的进入点。
EXT0：中断子程序的进入点。
DELAY：延时180ms子程序的进入点。
2．寄存器使用分配情况
R0、R1、R2、R5、R6、R7：普通寄存器。其中R0存放低位定时器初值；R1存放高位定时器初值；R2存放延时常数值；R5、R6和R7在延时子程序中作计数器用。
A和DPTR：特殊功能寄存器，其中A又称累加器，DPTR为数据指针。在程序中把表TABLE的首地址存入DPTR作基础地址，A作为变址寄存器。将基址寄存器和变址寄存器的内容相加（@A + DPTR）形成操作数的地址。
TMOD：定时器工作模式控制寄存器。
TL0和TH0：定时器0的计数器，TL0为低8位，TH0为高8位。
TR0：定时器0控制寄存器TCON的一个控制位。
IE：中断允许控制寄存器。
P3.4：对内是P3寄存器的一个位，对外是输入/输出端口的一个引脚，作音频信号输出端口。
3．程序分析解释
01～04：设定入口地址。其中定时器中断是从标号EXT0处进入中断子程序。
05～07：设置定时器T0为方式1，并允许T0中断。其中07行语句将表TABLE的首地址存入数据指针寄存器DPTR中。
08～10：第一次查表，取出表中的第一个码，即乐谱中的第一个音符5的定时常数（定时初值）FD80H中的高位部分FDH，并存入寄存器R1中。
11～14：第二次查表，取出表中的第二个码，即乐谱中的第一个音符5的定时常数FD80H中的低位部分（即80H），并存入寄存器R0中。
15～20：判断、转移语句。对二次查取到的码，检查是否有休止符码，该判断是通过第15行语句“ORL A,R1”对A和R1寄存器的内容进行或运算实现的。
如果累加器A中的值是00H，R1寄存器的值也是00H，进行或运算后再存入累加器A中，此时累加器A中的值是全0，说明取到的是休止符码。通过第16行语句“JZ NEXT0”，跳转至标号NEXT0处，关闭定时器，停止发音，完成乐谱中休止符的作用。
取码时是否取到了结束码是通过第18行语句指令ANL对A和R1进行与运算来判断的。如果累加器A中的值是FFH，R1寄存器的值也是FFH，进行与运算后再存入累加器A中，此时累加器A中的值是全1，说明取到的是结束码。
第19行语句“CJNE A，#0FFH，NEXT”，如果累加器A中的值与#0FFH不相等，则跳转移到NEXT处，开始向定时器装入定时常数；如果A与#0FFH相等，说明取到的码是结束码，程序向下执行，即从头开始循环演奏。
21～23：开始向定时器装入定时常数并启动定时器工作。
24～25：处理拍节。
26～29：查取延时码并存入R2。
30～31：决定拍节时间。如果取来的码是02H，程序调用两次DELAY延时，即为2/4拍节时间；如果取来的码是04H，程序调用4次DRLAY延时，即为1拍节时间。
32～33：每次查表取码后，数据指针都要加1，以便指向下一个待查的码。第33行语句将程序运行跳转到标号LOOP处，处理下一个音符。
34～37：中断子程序。当定时器计时满后将产生中断，由标号EXT0处进入中断子程序。在中断子程序中重装定时值，并通过第36行语句在P3.4端口输出音频信号。
38～44：延时187ms子程序。
45～61：编码表TABLE。在表中每个音节由3个码组成，前两个为音符码，后一个为节拍码。如表中第1行“0FDH，80H，03H”，其中0FDH和80H即为FD80H，是音符5的发音编码；03H是节拍码，3/4节拍。
表中的最后一行“0FFH,0FFH”是结束码，表示乐曲演奏结束。
4．边用边学指令
本程序用到新的指令有ORL和JZ。
ORL：逻辑运算及位移类指令中的按位或操作指令。该指令将累加器A中的内容与源操作数所指出的内容按位进行逻辑或运算，结果存入A中。
JZ：控制转移类指令，功能是当累加器A为0时跳转。
2.11.4 模拟仿真
1．模拟仿真前注意事项
在23与24行语句之间，加一条“SETB TF0”语句，该语句使定时器T0的溢出标志位TF0为1，模拟产生中断，使程序能进入中断子程序中运行。
在39～43行语句的前边加分号，使延时子程序的延时时间缩短为2ms，缩短模拟仿真时间。
2．模拟仿真中注意事项
观察程序主要运行路线：第一次查表→第二次查表→中断子程序及返回→第三次查 表→进入延时子程序及返回→处理下一个音符（跳转到LOOP处）。
观察累加器A中值的变化。第一次查表执行第09行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为FDH。第二次查表，执行第13行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为80H。两次查表取回音符5的对应码FD80H。第三次查表，执行第28行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为03H，取回的是音符5的对应拍节码。
2.11.5 实例测试
将写入歌曲演奏程序的单片机插入实验板插座内，并检查实验板上蜂鸣器接口是否与程序中声音输出端口一致，当检查无误后接通电源，就会听到生日快乐歌。
2.11.6 经验总结
在用单片机作可编程乐曲演奏器的程序里，一般用定时器T0方式1来控制音符的频率，调用延时子程序DELAY来控制节拍。
程序采用查表的方法，将乐谱转换成控制码并制成表TABLE，然后进行三次查表。第一、第二次查表完成对音符的控制，第三次查表读取节拍码，完成对节拍的控制。
在完成第一、第二次查取音符的控制码后，程序中还设有判断语句，如果判断出取来的是休止符码，就将定时器关闭一段时间；如果判断出取来的是结束码，程序就从头开始循环。