一、基于單片機的多功能防醉駕系統(tǒng)裝置設(shè)計

　　基于ATmega16超低功耗單片機的2J2001A型數(shù)碼酒精探測控制儀，探測傳感器安裝在汽車內(nèi)，分別在主駕駛車位上的頭頂上、方向盤上、每一個車門的邊上安裝，當駕駛?cè)藛T進入駕駛座位后，可以自動對酒精濃度進行探測，當系統(tǒng)通過對5個酒精測試儀的數(shù)據(jù)分析后，會判定出駕駛員是否是飲酒駕車和醉酒駕車，并分別采取對應的措施，以確保行車和駕駛員的安全。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測到的酒精含量是否超標控制汽車點火器打開或者關(guān)閉，如果超標，則駕駛?cè)藛T無法啟動汽車同時安全帶會自動收緊，而且系統(tǒng)會呼叫相應的人員過來幫助駕駛員，因此從根本上杜絕了酒后駕車的出現(xiàn)。該系統(tǒng)具有性價比高，智能化程度高，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　系統(tǒng)采用超高靈敏度酒精傳感器用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，超低功耗ATmega16單片機系統(tǒng)，自動探測酒精濃度的方法，可以防止駕駛?cè)藛T逃避檢測，以判斷駕駛員是否是酒后開車，系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。主機電路包括8個模塊，分別是酒精傳感電路模塊、電源模塊、GPS定位模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊、聲光報警模塊、語音呼叫模塊、繼電器控制模塊。該系統(tǒng)放置在汽車儀表盤位置，當司機打開車門時，酒精探測控制儀啟動，此時發(fā)動機處于被鎖狀態(tài)，汽車無法啟動。酒精傳感器加熱后，探測控制儀對酒精傳感器探測的氣體信號進行檢測。由于酒精含量與酒精傳感器檢測后產(chǎn)生的電壓信號成特定的比例關(guān)系，因而可根據(jù)電壓信號進行酒精含量的判斷。檢測到的信號經(jīng)過放大和濾波之后，通過單片機內(nèi)置的12位ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機對此信號進行處理判斷，假設(shè)酒精含量沒有超標，LCD顯示屏幕顯示當前酒精濃度，同時綠色指示燈（正常）亮起，控制繼電器不起作用，汽車隨之啟動;反之紅色指示燈（不正常）亮起并進行聲光報警，控制繼電器切斷點火裝置電源，同時安全帶收緊，系統(tǒng)啟動呼叫緊急聯(lián)系人裝置，通過GPRS導航儀測定當前位置并以語音或短信“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請速來”告訴給緊急聯(lián)系人，此時駕駛?cè)藛T無法啟動汽車，從根本上實現(xiàn)控制酒后駕車。汽車啟動后，控制儀隨即進入低功耗狀態(tài)，只有酒精濃度探測電路一直工作，一旦駕駛?cè)藛T駕駛過程中飲酒，控制儀立即恢復到正常工作狀態(tài)。

　　2 系統(tǒng)主要電路設(shè)計

　　（1）主控電路

　　本控制儀采用了由Atmel公司研發(fā)出的新一代高性能、低功耗、高集成化的8位微處理器，具有先進的RISC結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個時鐘周期增強型ATmega16單片機，它的工作電壓為4.5～5.5 V，工作頻率為0～16 MHz，支持JTAG端口仿真和編程，仿真效果比傳統(tǒng)仿真更真實有效。它的高度集成不但大大降低了故障率，而且在成本、體積、穩(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢。系統(tǒng)主控電路如圖2所示，包含晶振電路、復位電路等。

　?。?）酒精檢測電路

　　酒精傳感器采用旁熱型半導體式酒精氣敏元件MQ3，探測范圍為10～1000ppm。酒精檢測電路由高精度酒精傳感器、信號調(diào)理放大電路、濾波電路和單片機內(nèi)置12位ADC等組成，主要功能是檢測酒精含量，判斷其是否超標，如圖3所示。

　?。?）指示燈電路

　　指示燈電路有紅綠黃三個指示燈，紅燈是電源指示燈，工作時亮;綠燈是檢測提示燈，因為酒精探頭需要一定時間加熱，才能達到理想的靈敏度，加熱時間到，綠燈亮，表示可以進行濃度探測;黃燈為報警指示燈，黃燈不亮，表示可以行車;當黃燈亮時，表示酒精濃度超標，不可以駕駛，同時黃燈閃爍的頻率越高，酒精濃度越高。如圖4所示。

　　（4）液晶顯示電路

　　此系統(tǒng)選用的是廣州瑞通科技有限公司的SED1335圖形點陣LCD模塊。這是一款低功耗的點陣圖形式LCD，可以工作在3.3 V供電的情況下，顯示格式為128（列）×64（行），具有多功能指令，內(nèi)部帶有中文字庫，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易與16位的單片機相連。本系統(tǒng)中與單片機的連接采用并行工作模式，以液晶顯示控制芯片ATmega16的異步串行通信端USART為外部數(shù)據(jù)或控制指令的輸入斷口，如圖5所示。

　　（5）GPS導航系統(tǒng)設(shè)置電路

　　本設(shè)計在系統(tǒng)終端采用了GPS導航系統(tǒng)模塊作為開發(fā)平臺，當酒精檢測系統(tǒng)發(fā)出醉酒超標信號時，該模塊就會將所在地點的信息發(fā)到語音呼叫模塊上。在平時無醉酒（飲酒）情況下，該模塊就充當GPS實時導航系統(tǒng)，為駕駛員提供必要的信息。

　　（6）繼電器控制電路

　　控制繼電器有兩個主要部分，一個是控制系統(tǒng)，另一個是被控制系統(tǒng)。其起動機的工作原理如圖6所示。

　?。?）語音呼叫系統(tǒng)控制電路

　　語音呼叫系統(tǒng)是繼酒精檢測電路發(fā)出超標信號后，該系統(tǒng)讀取GPS模塊傳送過來的信息并通過語音呼叫系統(tǒng)把飲酒者所在地點信息傳給其最近聯(lián)系人，讓他過來幫忙，如：“我現(xiàn)在在XX方位，我喝醉了，請速來”。其電路如圖7所示。

　?。?）報警和鍵盤電路

　　利用蜂鳴器作為報警器，當酒精含量超標時，發(fā)出禁止行車警告音;不超標時發(fā)出允許行車提示音。由單片機的I/O口驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進行模塊化編程?？刂苾x主程序流程圖如圖8所示，實現(xiàn)酒精含量檢測、酒精含量是否超標判別、酒精含量顯示、聲光報警等功能。系統(tǒng)初始化后，對酒精傳感器進行加熱，自動進入測量狀態(tài)，然后采集酒精含量電壓信號，與設(shè)定的精度濃度進行比較，如果高于這個濃度，則顯示該濃度，并進行聲光報警，同時切斷點火電路，駕駛?cè)藛T不能發(fā)動汽車;如果低于這個濃度，則顯示所測的濃度，同時啟動發(fā)動機。

　　通過電路中預留的JTAG接口調(diào)試程序，依據(jù)檢測系統(tǒng)不同功能的需要，采用模塊化的設(shè)計，將程序分成幾個主要的功能模塊：氣體檢測、工作電壓設(shè)置、采樣數(shù)據(jù)上傳。

　　4 結(jié)語

　　酒精監(jiān)控系統(tǒng)是為預防或杜絕醉酒駕車引發(fā)交通事故發(fā)生而設(shè)計的。通過對各個電路功能及軟件工作流程的研究與制作，基本實現(xiàn)了設(shè)計要求。系統(tǒng)具有自動測量、智能化程度高、功耗低等特點，對預防酒后駕車具有很好的效果，在實際應用中具有很好的推廣價值。

　　二、智能電飯煲中單片機的應用

　　1 引言

　　微電腦或電腦控制的智能電飯煲符合現(xiàn)代人的要求，人性化的界面設(shè)計，使得人們一眼看出當前工作狀態(tài)，讓您更安心，各種烹調(diào)過程全部由電腦自動控制，并且大多的智能電飯煲采用太空“黑晶”內(nèi)膽，超硬耐磨，恒久美觀，所有的這些特點符合現(xiàn)代人的省時、省力、耐用的觀念。

　　本文主要介紹利用SPMC65P2404A芯片來對電飯煲的過程進行控制，SPMC65P2404A是凌陽公司的8位元單片機，最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.5V~5V，有192字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的OTP ROM，有23個可編程IO口，8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，2通道8位定時/計數(shù)器，2通道16位定時/計數(shù)器，1個12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門狗、外部信號、錯誤地址復位，并且有一個蜂鳴器輸出口。

　　2 總體方案介紹

　　利用凌陽8位MCU設(shè)計的智能電飯煲控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示，通過按鍵來選擇功能模式、顯示電路完成顯示當前狀態(tài)和定時時間;通過溫度傳感器來對溫度進行采樣;通過MCU的控制最終實現(xiàn)對繼電器的控制，從而來控制對加熱盤的加熱與否，電源部分完成對單片機系統(tǒng)和外圍電路提供5V電源，并且對加熱盤進行加熱。

　　圖2-1 控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1、由單片機SPMC65P2404A控制的電飯煲的硬件原理圖如圖3-1所示，它包括按鍵輸入部分，溫度檢測輸入電路，復位和晶振電路，PA6、PA7完成對頂蓋和底盤的溫度的檢測，PA5完成對繼電器的控制，SPMC65P2404A是系統(tǒng)的核心部分。

　　圖3-1 電飯煲的電路原理圖

　　芯片特性簡介

　　SPMC65P2404A是凌陽公司的8位元單片機，最高工作頻率為8MHz，工作電壓2.5V~5V，有192字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的OTP ROM，有23個可編程IO口，8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，2通道8位定時/計數(shù)器，2通道16位定時/計數(shù)器，1個12位PWM輸出口，有低電壓、上電、看門狗、外部信號、錯誤地址復位，并且有一個蜂鳴器輸出口……。利用這些資源，能夠?qū)崿F(xiàn)電飯煲的功能。

　　2、顯示電路：

　　顯示電路由共陽極數(shù)碼管和10個LED組成，通過單片機位選和所送的數(shù)據(jù)來點亮相應的LED和數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。其電路原理圖如圖3-2所示：

　　圖3-2 顯示電路

　　3、電源電路：

　　電源部分為單片機提供+5V的直流穩(wěn)壓源，并且通過降壓、整流、濾波之后的+14V電壓對繼電器進行供電，通過控制三極管射極的導通與否來控制繼電器的工作狀態(tài)。電源電路原理圖如圖3-3所示

　　圖3-3 電源電路

　　4、溫度采集部分電路圖：

　　J2和J3是溫度傳感器的兩個接口，其中J2和J3分別是頂蓋和底盤溫度傳感器的接口，單片機檢測的信號實際上是與溫度傳感器分壓的電阻的電壓值，因為溫度傳感器的電阻值會隨溫度的上升而減小，所以分壓電阻的電壓值間接反映了某一時刻的溫度，電路原理圖如圖3-4所示：

　　圖3-4 溫度傳感器電路

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4.1 主程序流程

　　從樣機分析中大致設(shè)計整個系統(tǒng)，整個系統(tǒng)輸入包括2個溫度傳感器，5個按鍵;輸出包括2位七段數(shù)碼管、10個發(fā)光二極管、繼電器控制信號等。根據(jù)控制功能，將程序設(shè)計為幾個主要的模塊，程序主流程見圖4-1所示：

　　程序主流程圖

　　4.2 子程序介紹

　　1、 診斷子程序

　　診斷程序主要進行溫度采集并判斷傳感器是否良好，主要對2個溫度傳感器連續(xù)檢測20次，若測到的數(shù)據(jù)不在范圍內(nèi)（溫度范圍：-10℃~160℃），則表明傳感器短路或斷路錯誤，數(shù)碼顯示“E”，并禁止按鍵操作。

　　2、 鍵盤掃描子程序

　　程序每循環(huán)一次掃描一次鍵盤，如果掃描到有鍵按下，則暫存鍵值，如果連續(xù)5次掃描到的鍵值都一樣，則認為是穩(wěn)定的鍵值。

　　3、 系統(tǒng)共有5個按鍵，在不同的狀態(tài)下，每個鍵只要輕按一次就有效。系統(tǒng)的五個鍵接于PA1 、PA3、PA2 、PA0、PA4，如果按鍵值有效則返回值的相應位為0，否則相應位為1。

　　4、 溫度采集子程序

　　熱敏電阻靈敏度高，為了防止干擾及其它原因?qū)е聹y出的溫度值變化太快，引起控制部件頻繁動作，溫度采集采用滑動平均值濾波方法。即在同一個通道上連續(xù)采集三個數(shù)據(jù)，取其中的中間值。

　　5、 顯示子程序

　　系統(tǒng)共有2位七段數(shù)碼管顯示及10個發(fā)光二極管顯示。數(shù)碼管主要有6種狀態(tài)需要顯示：待機狀態(tài)、出錯顯示、燜飯、保溫、煮飯中及定時時間顯示。發(fā)光二極管顯示所選擇的功能、開始及保溫狀態(tài)。功能顯示需采用輪循方式，在按下開始鍵之前，開始燈閃爍。進入保溫狀態(tài)后，保溫指示燈亮。LED顯示程序由位碼掃描子程序及數(shù)碼顯示狀態(tài)選定子程序組成。

　　三、STC單片機自動下載系統(tǒng)設(shè)計

　　引言

　　STC單片機下載程序不需要編程器燒寫，可以通過串口下載。美中不足的是，STC單片機下載時必須進行冷啟動，即下載信號加到單片機串口以后必須對單片機斷電再上電，這給用戶帶來了一些不便。尤其是反復調(diào)試程序需要多次下載時，顯得更加繁瑣。

　　為了解決這一問題，有必要研制一種STC單片機專用的自動下載系統(tǒng)，使系統(tǒng)接收到上位機發(fā)往單片機的下載信號后，自動冷啟動STC單片機，完成下載任務(wù)。

　　1 原理分析

　　STC單片機下載時，需要使用宏晶公司提供的STCISP軟件。下載開始時，上位機軟件首先向單片機發(fā)出下載命令。自動下載系統(tǒng)收到上位機對單片機發(fā)出的下載命令后，實現(xiàn)對單片機的斷電、上電冷啟動操作。單片機經(jīng)冷啟動后，收到命令數(shù)據(jù)流后作出回應，開始下載程序。需要注意的是，單片機在正常工作中，串口有可能接收數(shù)據(jù)，由于自動下載系統(tǒng)與單片機串口連接，因而系統(tǒng)必須具有自動判斷接收的數(shù)據(jù)流是否為下載命令的能力，保證及時冷啟動目標單片機。

　　為了檢測下載程序的命令數(shù)據(jù)流，可以采用如下方法：從PC的串口引出連接線，接至PC的另一個串口，用串口調(diào)試助手打開;用STC-ISP軟件發(fā)送下載命令，可以檢測到在波特率為9 600 bps的情況下，該軟件持續(xù)向單片機發(fā)送十六進制的0x80;當自動下載系統(tǒng)連續(xù)接收到足夠數(shù)量的0x80時，即可判定接收到了下載命令數(shù)據(jù)流，從而進入冷啟動程序。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 主控芯片STC15F104E簡介

　　自動下載系統(tǒng)需要接收上位機發(fā)往目標單片機的下載命令程序流，并對目標單片機進行冷啟動。STC15F104E是宏晶公司研發(fā)的一款單片機，具有省去一些外部電路而功能較全面的優(yōu)點。

　　該單片機的特點有：

　　◆內(nèi)部集成了可靠復位，省去了外部復位電路。

　　◆內(nèi)部集成了R/C時鐘（在常溫下僅有5‰溫漂），省去了外部晶振。

　　◆內(nèi)部集成了2個16位可重裝載定時器，與普通8051單片機兼容。

　　◆為DIP8/SOP8封裝，體積較小，功耗較低。

　　◆增強型8051內(nèi)核，單時鐘周期，信號處理速度快，實時性較好。

　　由于STC15F104E可以省去傳統(tǒng)單片機的復位電路、外部晶振電路，且采用貼片封裝，因此占用電路板面積非常小，適合集成在電路板上，因而作為本系統(tǒng)的主控芯片。

　　2.2 主控電路

　　如圖1所示，整個系統(tǒng)以STC15F104E為核心進行設(shè)計。STC15F104E的P3.0腳與目標單片機STC89C52RC的串口接收端相連，即將發(fā)往目標單片機的信號連接到自動下載系統(tǒng)，實現(xiàn)信號的獲取和處理。由丁自動下載系統(tǒng)不需要發(fā)出任何信息，STC15F104E的P3.1引腳懸空，不與目標單片機相連。

　　對目標單片機進行冷啟動，實現(xiàn)斷電、再上電，可以用三極管作為電子開關(guān)實現(xiàn)。必須注意到的是，三極管的最大可通過電流不要小于單片機電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機供電的開關(guān)，由于STC89系列單片機的正常丁作模式功耗為2～7 mA，90系列三極管通常情況下可以滿足需求。但在某些情況下，單片機的串口上電后會給單片機供電，使單片機各引腳電平處于不確定的狀態(tài)，因而必須對目標電路板整體進行冷啟動，三極管必須滿足目標電路板的總電流需求。由于三極管8550的最大可通過電流為1.5 A，可以滿足絕大多數(shù)電路的供電需求。所以選擇三極管8550連接到目標單片機STC89C52RC的VCC腳，作為對其冷啟動的開關(guān)。

　　如圖1所示，D1為指示燈，其亮滅可以通過STC15F104E的P3.3腳控制。在程序中加入相應的語句即可實現(xiàn)燈的亮滅與閃爍，以顯示系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　STC單片機自動下載系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。在初始化后，系統(tǒng)循環(huán)檢測是否接收到下載信號;經(jīng)過判斷證實接收到下載信號后，就切斷目標單片機電源;等待適當?shù)臅r間后，再給目標單片機上電。單片機正常工作期間，系統(tǒng)接收到發(fā)往目標單片機串口的非下載命令程序，經(jīng)自動判斷后不作任何動作。

　　3.1 串口模擬程序

　　由于STC15F104E沒有串口，因而必須利用定時器模擬串口。其方法是，定義一個常量，根據(jù)所需要的波特率對該常量賦值，并將該常量值賦到定時所用的寄存器中。在模擬外部晶振為11.059 2 MHz、波特率為9 600 bps的情況下，設(shè)置常量BAUD為0xFE80，并將該常量賦值到TL1、TH1兩個寄存器中，實現(xiàn)定時。每到相應時間觸發(fā)定時中斷程序，將外部引腳的狀態(tài)讀入并存入預先設(shè)定的數(shù)組中，完成模擬串口讀入字節(jié)的任務(wù)。

　　3.2 下載命令檢測程序

　　在STC上位機軟件發(fā)出的下載命令中，波特率為9 600 bps時數(shù)據(jù)流為連續(xù)的0x80。由于在單片機正常工作時也有可能接收0x80，下載系統(tǒng)只有嚴格檢測到連續(xù)多個0x80時，才能判斷為接收到了下載命令。如果其中有一個不是0x80，則重新檢測計數(shù)。這里設(shè)定為當系統(tǒng)連續(xù)接收到200個0x80時，判定為接收到了下載命令。

　　3.3 冷啟動操作和指示燈程序

　　接收到下載命令后，STC15F104E首先關(guān)閉定時器中斷，停止模擬串口的接收工作。之后將P3.4置1，切斷目標單片機的電源。延遲1～2 s后置0，恢復對目標單片機的供電。考慮到STC上位機下載軟件從發(fā)送下載命令到單片機開始下載大約需要1～2 s的時間，恢復供電后需要繼續(xù)延遲5 s，保證目標單片機已經(jīng)開始下載后再啟動定時器中斷。

　　STC單片機接收到下載命令后，必須作出回應才能進行下載。上位機發(fā)出的下載信號同時發(fā)送到目標單片機和自動下載系統(tǒng)，自動下載系統(tǒng)中的單片機的P3.1腳懸空，而目標單片機的P3.1與上位機串口相連。這樣，只有目標單片機能夠回應下載命令實現(xiàn)下載，自動下載系統(tǒng)中的單片機不能回應下載命令，避免了對上位機的干擾。

　　結(jié)語

　　STC單片機自動下載系統(tǒng)省去了操作人員手動開關(guān)電源的不便，避免了相應的機械損耗，具有較高的實用價值。

　　四、Proteus的單片機演奏系統(tǒng)

　　當前的很多用單片機實現(xiàn)音樂演奏的系統(tǒng)都是利用開發(fā)板結(jié)合仿真器實現(xiàn)的，這種方法不是很復雜，實現(xiàn)也較方便，但是調(diào)試不是很方便，且成本也較高。 本文提出的一種基于Proteus 的單片機演奏音樂的方法，非常簡單實用，且該方法基于軟件來實現(xiàn)的，所以成本非常低，調(diào)試方便，效果也很不錯，適合于愛好音樂的單片機學習者。 單片機系統(tǒng)的設(shè)計分兩大部分：硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分。

　　1 硬件設(shè)計

　　硬件部分比較簡單，如果在開發(fā)板上做實驗可仿下面圖1 電路連接。

　　AT89C51 單片機的P2.5 口控制一個8550 的三極管，三極管控制電磁蜂鳴器的電源通斷。

　　如果用Proteus 軟件來仿真的話，電路更加簡單，見圖2。

　　圖2 在Proteus 環(huán)境下用單片機控制蜂鳴器發(fā)聲的原理圖。

　　需要的關(guān)鍵元件：單片機和蜂鳴器。

　　為了便于軟件編程，先要了解單片機唱歌的基本原理。

　　什么是聲音呢？聲音是空氣的振蕩，不同的振蕩頻率我們就可以聽到不同聲調(diào)的聲音。 音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲。

　　其次，如何讓蜂鳴器發(fā)聲？蜂鳴器有很多種類，但大致分為兩類：有源式（直流電就發(fā)聲，但頻率單一）;無源式（根據(jù)輸入方波頻率而發(fā)出不同的聲音）。 這里選擇無源式蜂鳴器。

　　單片機唱歌的基本原理：利用程序來控制單處機某個口線出一定頻率的方波到蜂鳴器，蜂鳴器就可以發(fā)出一定音調(diào)的聲音，若再利用不同的延時程序改變輸出頻率，就可以改變音調(diào)，進而就可讓單片機發(fā)出“1”、“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”的音樂。

　　2 軟件設(shè)計

　　通過軟件延時或者定時器延時來的方式以不同頻率改變口線的的高低電平狀態(tài)來實現(xiàn)的。 如果只是讓蜂鳴器發(fā)聲這已經(jīng)夠了。 但是我們要的是唱歌，所以還有一些工作需要作。

　　2.1 音調(diào)

　　輸出不同頻率的方波，以實現(xiàn)1、2、3、4 等的不同音調(diào);比如，發(fā)出200HZ 的音頻，其周期為1/200s，即5ms. 這樣，當 P2.5 的高電平或低電平的持續(xù)時間為2.5ms 時，就能發(fā)出200HZ 的音調(diào)。 我們可以寫一個延時子程序，用R3 來提供參數(shù)，R3=1 時，延時為20us，那么R3 取2500/20=125（7DH）時，就可以發(fā)出200Hz 的音調(diào)，提供不同的R3 常數(shù)，可以得到不同的音調(diào)變化。

　　利用通用發(fā)聲程序可以編寫樂曲演奏程序，樂曲是按照一定的高低，長短和強弱的關(guān)系組成的音調(diào)，在一首樂曲中，每音符的音高和音長與頻率和節(jié)拍有關(guān)（如圖3 所示）。

　　圖3 音符的音高和音長與頻率的關(guān)系

　　圖3 畫出了兩個音階（一個音階是8 個音符）的鋼琴鍵和每個鍵的音符名及其頻率（HZ），低音階以低C（130.8Hz）到中C（261.7Hz）高音階以中C 到高C（523.3Hz）黑鍵比它旁邊的白鍵高半個音或低半個音。 組成樂曲的每個音符的頻率和持續(xù)時間是樂曲程序發(fā)聲所需要的兩個重要數(shù)據(jù)。 頻率可以從圖中得到，音符的持續(xù)時間可根據(jù)樂曲速度及每個音符的節(jié)拍數(shù)來確定，是可以從樂譜中得到的。

　　2.2 節(jié)拍

　　控制一個音符輸出的時間，比如1 拍、1/4 拍。 在4/4（四四拍）中，四分音符為一拍，每小節(jié)4 拍，全音符持續(xù)4 拍，二分音符持續(xù)2 拍，四分音符持續(xù)1 拍，八分音符持續(xù)半拍。 而全音符需要1s 的時間，則二分音符持續(xù)時間為0.5s（50×10ms），四分音符的持續(xù)時間為0.25s（25×10ms），八分音符持續(xù)時間為0.125s（12.5×10ms）。

　　知道了音調(diào)與頻率和時間的關(guān)系，就可以按照樂曲的曲譜將每個音符的頻率和持續(xù)時間定義成兩個數(shù)據(jù)表，然后編寫程序依次取出表中的時間值和頻率值。

　　僅上所敘還不夠，要準確奏出一首曲子，必須準確地控制樂曲節(jié)奏，即一音符的持續(xù)時間。 例如，一首曲子的節(jié)奏為每分種94 拍，那么一拍就為60/94=0.64s.

　　音樂的節(jié)拍我們可用定時器來控制，簡單的說，一個一拍的音符唱0.64s，我們就設(shè)置一個定時器定時0.64s，時間一到就換下一個音符。 但是，由于單片機的T0，在12MHz 晶振下最大定時時間只能為65ms，因此不可能直接用改變T0 的時間初值來實現(xiàn)不同節(jié)拍。 如何定時一個更大的時間，我們可以用T0 來產(chǎn)生10ms 的時間基準，然后設(shè)置 一個中斷計數(shù)器，通過判別中斷計數(shù)器的值來控制節(jié)拍時間的長短。

　　例如對1/4 拍音符，定時時間為0.16s，相應的時間常數(shù)（中段計數(shù)器）為16（即10H）;對3 拍音符，定時時間為1.92s，相應時間長數(shù)為192（即C0H）。

　　2.3 電路實現(xiàn)

　　因為一首曲子不止一個音符，我們不可能對每一個音符的音階都去“手工”的提供時間常數(shù)，為了實現(xiàn)的簡化，我們編制一個將每一音符的時間常數(shù)和其相應的節(jié)拍常數(shù)作為一組，按順序?qū)非械乃谐?shù)排列成的表格，在程序里用查表指令依次查出每一個音符的頻率和對應節(jié)拍時間，產(chǎn)生音符并控制節(jié)奏，就可以實現(xiàn)演奏效果。

　　此外，結(jié)束符和體止符可以分別用代碼00H 和FFH 來表示，若查表結(jié)果為00H，則表示曲子終了;若查表結(jié)果為FFH，則產(chǎn)生相應的停頓效果。

　　為了產(chǎn)生手彈的節(jié)奏感，在某些音符（例兩個相同音符）音插入一個時間單位的頻率略有不同的音符。

　　程序框圖如下圖4. 本程序演奏的是民歌“八月桂花遍地開”，C 調(diào)，節(jié)奏為94 拍/min。

　　用Keil 對程序進行編譯，見圖5，具體方法可文獻［5］，編譯無誤后生成。hex 文件，然后雙擊Proteus環(huán)境下的原理圖中的AT89C51，找到這個。 hex 文件，然后點按鈕Play，這時單片機控制的蜂鳴器就可以開始播放音樂了。

　　圖4 程序流程圖

　　圖5 在Keil 環(huán)境下對程序進行編譯

　　3 結(jié)論

　　以上介紹的方法已通過測試，運行良好。 對初學單片機者有一定的啟示作用。 讀者也可以自行找出一首歌，將樂曲翻譯成碼表輸入單片機，而程序不變。 本實驗方法簡便，即使不懂音樂的人，也可方便地將一首陌生的曲子翻譯成代碼。