单片机产生音乐原理说明

音乐模块部分

单片机发音原理：单片机演奏音乐基本是单音频率，它不包含相应幅度的谐波频率，也就是说不能象电子琴那样能奏出多种音色的声音，但一定要弄清楚两个概念即可，也就是“音调”和“节拍”。

·音调表示一个音符唱多高的频率。

·节拍表示一个音符唱多长的时间。

下面，就此两点，阐述说明：

一、音调

在音乐中所谓“音调”，其实就是我们常说的“音高”。在音乐中常把中央C上方的A音定为标准音高，其频率f=440Hz，其余与其比较。f1和f2为两个音符，当这两个音符的频率相差一倍时，也即f2=2×f1时，则称f2比f1高一个倍频程。

在音乐中1与

.

1，2与

.

2……，正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度

音。在一个八度音内，有12个半音。以1—i八音区为例，12个半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i 。这12个音阶的分度基本上是以对数关系来划分的。如果我们只要知道了这十二个音符的音高，也就是其基本音调的频率，我们就可根据倍频程的关系得到其他音符基本音调的频率。

2.确定一个频率所对应的定时器的定时初值的方法

以标准音高A为例：

标准音高A的频率f = 440 Hz,其对应的周期为：

T = 1/ f = 1/440 =2272μs

因此，需要在单片机I/O端口输出周期为T =2272μs的方波脉冲，如下图所示。

由上图可知,单片机上对应喇叭的I/O口来回取反的时间应为：

t = T/2 = 2272/2 = 1136μs

此处分两种方式叙述，请比较选用，其实结果相同：

Ⅰ.这个时间t 也就是单片机上定时器应有的中断触发时间。一般情况下，单片机奏乐时，其定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设振荡器频率为f 0，则定时器的予置初值由下式来确定：

t = 12 ×（T ALL – T HL ）/ f 0（假如是STM8，注意其计数方式）

式中，T ALL = 216 = 65536，T HL 为定时器待确定的计数初值。因此定时器的高低计数器的初值为：

TH = T HL / 256 = ( T ALL – t × f 0/12) / 256

TL = T HL % 256 = ( T ALL – t × f 0/12) %256

将t=1136μs 代入上面两式（注意：计算时应将时间和频率的单位换算一致），即可求出标准音高A 在单片机晶振频率f 0=12Mhz ，定时器在工作方式1下的定时器高低计数器的预置初值为 ：

TH 440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH

TL 440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H

根据上面的求解方法，我们就可求出其他音调相应的计数器的予置初值。

Ⅱ.假设单片机晶振频率f 0=12Mhz ，定时器在工作方式1 计数脉冲值与频率的关系为：

N=F I ÷2÷F R 其中 N ——计数值； F I ——内部计时一次为1us ，故其频率为1MHz ；

F R ——要产生的频率。

其计数值的求法为：

T=65536－N=65536－F I ÷2÷F R 则标准音高A （频率f = 440 Hz ）的计数值为： T=65536－N=65536－F I ÷2÷F R

=65536－1000000÷2÷ F R =65536－500000/440=65536－1136=64400=0FB90H

下面给出C 调各音符频率值和定时器定时初值：（晶振频率f 0=12Mhz ，定时器在工作

方式1）

表1 C调各音符频率值和定时初值对照表

对于非C调的歌曲，要对各音符的频率做相应的变化调号——音乐上指用以确定乐曲主音高度的符号。

升C调：1＝#C，也就是降D调：1＝b D；277（频率）升D调：1＝#D，也就是降E调：1＝b E；311

升F调：1＝#F，也就是降G调：1＝b G；369

升G调：1＝#G，也就是降A调：1＝b A；415 升A调：1＝#A，也就是降B调：1＝b B。466

所谓1＝A，就是说，这首歌曲的“导”（即作为基调的中音DO）要唱得同A音符一样高，其它各音符依次向后递推，通常把这首歌曲叫做A调歌曲，或叫“唱A调”。1＝C，就是说，这首歌曲的“导”要唱得同C一样高，或者说“这歌曲唱C调”。同样是“导”，不同的调唱起来的高低是不一样的。

在递推的时候要严格按各音符间音程关系进行（全音还是半音，只有3—4和7—i 之间是半音关系，其它音之间都是全音关系），下面以1=D调进行说明。

参照上面的钢琴键盘图和表1，确定出D调各音符对应的频率值为：

（到后来制表时就以各音符对应的新频率值确定定时初值）

C 调

.

6#

.

6

.

7 1

中

C

1# 2

D

2# 3

E

4

F

4# 5

G

5# 6

A

6#7

中

B

.

1

高C

#.

1高

.

2

D

#

.

2

.

3

E

.

4F

#

.

4

.

5

G

#

.

5

.

6A

#

.

6

.

7B..

1

频

率

440 494 587 659 740 880 988 1175 1318 1480 1760