项目三：声乐盒(音节+音乐)实验

摘要：

本项目以AT89C52为基础，通过矩阵键盘实现7个基本音节的低、中、高音，并在数码管上加以显示，同时通过按键切换模式，不同模式可以播放不同的歌曲

一.主体思路

单片机控制蜂鸣器需要一定频率的方波信号，在一个频率周期内让单片机的某个IO口一半时间高电平，一半时间低电平，一直重复便会生成这个频率的方波信号，就可以驱动蜂鸣器发出想要的声音

如下图为音符延时表

播放音乐要设置每个音符的频率，时长，即在播放音乐过程中，先选择该音符对应的频率和时长，然后进入定时器中断程序使蜂鸣器发声，同时计数变量自增，选择下一音符，以此类推，播放整首音乐

二.主要内容

1.主要功能

（一）矩阵键盘按键控制发出7个基本音节的低、中、高音

（二）蜂鸣器播放指定音乐

（三）单一按键发声

2.硬件电路设计

2.1 元件选取

如上图所示，选取AT89C52开发板，7SEG-MPX1-CA晶体数码管，NPN型三极管、BUZZER（ACTIVE）有源蜂鸣器、按钮BUTTON以及电阻RES和排阻RESPACK-8以及复位所需元器件

2.2 单片机IO口选取

如上图所示，使用了P0、P1的全部IO口，使用了P3的0~3IO口和第7IO以及复位所需IO口

2.3 硬件部分作用

（一）蜂鸣器模块

该模块的作用是发出声音，此处选择有源蜂鸣器，将电压参数改为5V，如下图所示

IO口为高电平时蜂鸣器鸣叫，但由于蜂鸣器的驱动电流较大，IO口无法直接进行驱动，所以需要经过三极管放大电流驱动，其中R1位三极管基极的限流电阻，R2是基极下拉电阻，保证基极浮空或者处于高组态时，三极管有效关断，防止误触发。
（二）矩阵键盘模块

该模块的作用是选择7个基本音节，传递键值给数码管模块。

先不断使行变为低电平，即假设某行按键被按下，再扫描该行的哪一列的按键被按下，消除抖动后传递该按键的值

（三）7SEG-MPX1-CA晶体数码管模块

该模块的作用是显示输出的数据，显示矩阵键盘的值

（四）按键模块

该模块的作用是切换模式，使晶体数码管显示不同的内容

（五）复位模块

该模块的作用是使系统复位，从而切换其他模式

3.软件设计

先进行模块化编程

如上图所示，将整体程序分为主函数main，延时函数delay，按键模块key，蜂鸣器模块Buzzer，音乐模块music，定时器模块timer

（一）music模块

使用define定义相关引脚（低、中、高音频率，下标，音节时长），如上图所示

再使用sbit定义蜂鸣器的P3^7引脚

创建数码管上显示数字的数组dis，创建频率数组FreqTable，代表每个音节的频率，创建音节字符数组tab，和音乐乐谱，音乐乐谱创建过程如下图

定义display显示函数，使P0端口为dis数组中的元素值，从而驱动数码管显示数字

定义fun为音符函数，首先扫描矩阵键盘按键值，定义cntt变量和flag变量，使按键每次按下蜂鸣器只发出一次声音，而不是一直发声

定义fun2、fun3、fun4为音乐函数，先定义计数变量MusicSelect，如果在乐谱数组中没有到结束位置，就先选择音符对应的频率，然后通过延时函数和中断函数使该段时长发出该音符的声音，然后关闭并再次打开定时器，如果到了结束位置，则关闭计时器并一直循环

定义定时器中断函数timer_routine

进入中断函数后，给TH0和TL0赋值频率数组除以和取模256后的值，并使蜂鸣器IO口反转发声

（二）BUZZER模块

使用sbit定义蜂鸣器P3^7引脚

编写蜂鸣器专用延时函数，一次延时500us，再编写蜂鸣器发声函数，在短暂的时间段内使蜂鸣器发声和延时

（三）timer模块

定义timer_init函数，对定时器进行初始化。

初始化步骤如下：

1.首先设置TMOD寄存器，定时器T0工作在方式1，使TMOD寄存器的M1，M0=01，设置C/T=0，为定时器工作模式，对T0的运行仅由TR0来控制，应使相应的GATE位为0，定时器T1不使用，各相关位均设为0，所以TMOD寄存器应初始化为0x01。

2.计算定时器T0的计数初值，设定时时间为50ms，通过公式计算可得出相应的高八位和低八位，分别装入TH0和TL0。

3.设置IE寄存器，将寄存器中的EA，ET0位置1

4.启动和停止定时器T0，将定时器控制寄存器TCON中的TR0=1，则启动定时器T0；TR0=0，则启动定时器T0计时

（四）key模块

通过控制按钮改变点阵中所显示的内容

首先使用sbit定义相关引脚，如上图所示

模式切换函数key( )：

不断扫描是否有按键按下，若有按键按下，则该引脚变为低电平，对其进行消除抖动，并判断是否松开，若松开，进行二次消除抖动，并传回相关按键的值

矩阵键盘函数key_scan( )：

每次都先初始化P1端口，重置为高电平，然后使某一行为低电平，扫描该行是否有某列的按键按下，若有，则传递该行该列的键值

（五）delay模块

编写能够延时1ms和延时12us的函数

（六）main模块

首先对定时器进行初始化

在循环中不断扫描key的按键值，不同的按键值代表点阵显示不同的模式，每个模式都有相对应的功能

4.源程序代码

（一）main模块

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include "delay.h"
#include "timer.h"
#include "Buzzer.h"
#include "Key.h"
#include "music.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar ys;
void main(){timerInit();while(1){ys=key();if(ys==1){while(1)fun();	}else if(ys==2){while(1)fun2();}else if(ys==3){while(1)fun3();}else if(ys==4){while(1)fun4();}}
}

（二）delay模块

#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void delay(uint x){uchar i, j;while(x--){i = 2;j = 239;do{while (--j);}while (--i);}
}
void delay12us(uint x){uchar i;for(i=0;i<x;i++){;}
}

（三）key模块

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit L0=P1^0;
sbit L1=P1^1;
sbit L2=P1^2;
sbit L3=P1^3;
sbit L4=P1^4;
sbit L5=P1^5;
sbit L6=P1^6;
sbit L7=P1^7;
sbit K0=P3^0;
sbit K1=P3^1;
sbit K2=P3^2;
sbit K3=P3^3;
uchar Key(){uint number=0;if(K0==0){delay(20);while(K0==0);delay(20);number=1;}if(K1==0){delay(20);while(K1==0);delay(20);number=2;}if(K2==0){delay(20);while(K2==0);delay(20);number=3;}if(K3==0){delay(20);while(K3==0);delay(20);number=4;}return number;
}
uchar key_scan(){uchar KeyNumber;P1=0xFF;L0=0;if(L4==0){delay(20);while(L4==0);delay(20);KeyNumber=0;}if(L5==0){delay(20);while(L5==0);delay(20);KeyNumber=1;}if(L6==0){delay(20);while(L6==0);delay(20);KeyNumber=2;}if(L7==0){delay(20);while(L7==0);delay(20);KeyNumber=3;}P1=0xFF;L1=0;if(L4==0){delay(20);while(L4==0);delay(20);KeyNumber=4;}if(L5==0){delay(20);while(L5==0);delay(20);KeyNumber=5;}if(L6==0){delay(20);while(L6==0);delay(20);KeyNumber=6;}if(L7==0){delay(20);while(L7==0);delay(20);KeyNumber=7;}P1=0xFF;L2=0;if(L4==0){delay(20);while(L4==0);delay(20);KeyNumber=8;}if(L5==0){delay(20);while(L5==0);delay(20);KeyNumber=9;}if(L6==0){delay(20);while(L6==0);delay(20);KeyNumber=10;}if(L7==0){delay(20);while(L7==0);delay(20);KeyNumber=11;}P1=0xFF;L3=0;if(L4==0){delay(20);while(L4==0);delay(20);KeyNumber=12;}if(L5==0){delay(20);while(L5==0);delay(20);KeyNumber=13;}if(L6==0){delay(20);while(L6==0);delay(20);KeyNumber=14;}if(L7==0){delay(20);while(L7==0);delay(20);KeyNumber=15;}return KeyNumber;
}

（四）timer模块

#include <reg52.h>
sbit P37=P3^7;
void timerInit(){TMOD&=0xF0;TMOD|=0x01;TL0=0x18;TH0=0xFC;TF0=0;TR0=1;ET0=1;EA=1;PT0=0;P37=0;
}

（五）Buzzer模块

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit P37=P3^7;
void Buzzer_Delay500us(){uchar i;_nop_();i=247;while(--i);
}
void Buzzer_Time(uint ms){uint i;for(i=0;i<ms*2;i++){P37=!P37;Buzzer_Delay500us();}
}

（六）music模块

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include "delay.h"
#include "timer.h"
#include "Buzzer.h"
#include "Key.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SPEED	500
#define di1 159
#define di2 142
#define di3 126
#define di4 119
#define di5 106
#define di6 95
#define di7 84#define zh1 80
#define zh2 71
#define zh3 63
#define zh4 60
#define zh5 53
#define zh6 47
#define zh7 42#define gao1 40
#define gao2 35
#define gao3 32
#define gao4 30
#define gao5 27
#define gao6 24
#define gao7 21
#define P	0
#define S1	1
#define S1_	2
#define S2	3
#define S2_	4
#define S3	5
#define S4	6
#define S4_	7
#define S5	8
#define S5_	9
#define S6	10
#define S6_	11
#define S7	12
#define M1	13
#define M1_	14
#define M2	15
#define M2_	16
#define M3	17
#define M4	18
#define M4_	19
#define M5	20
#define M5_	21
#define M6	22
#define M6_	23
#define M7	24
#define H1	25
#define H1_	26
#define H2	27
#define H2_	28
#define H3	29
#define H4	30
#define H4_	31
#define H5	32
#define H5_	33
#define H6	34
#define H6_	35
#define H7	36
sbit P37=P3^7;
uchar i,ans;
uint k,KeyNum;
uchar flag;
uchar cntt;
uchar FreqSelect,MusicSelect;
uchar dis[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e
};uint FreqTable[]={0,63628,63731,63835,63928,64021,64103,64185,64260,64331,64400,64463,64528,64580,64633,64684,64732,64777,64820,64860,64898,64934,64968,65000,65030,65058,65085,65110,65134,65157,65178,65198,65217,65235,65252,65268,65283,
};uchar tab[]={di1,di2,di3,di4,di5,di6,di7,zh1,zh2,zh3,zh4,zh5,zh6,zh7,gao1,gao2};uchar code MusicA[]={//1P,	4,P,	4,P,	4,M6,	2,M7,	2,H1,	4+2,M7,	2,H1,	4,H3,	4,M7,	4+4+4,M3,	2,M3,	2,//2M6,	4+2,M5,	2,M6, 4,H1,	4,M5,	4+4+4,M3,	4,M4,	4+2,M3,	2,M4,	4,H1,	4,//3M3,	4+4,P,	2,H1,	2,H1,	2,H1,	2,M7,	4+2,M4_,2,M4_,4,M7,	4,M7,	8,P,	4,M6,	2,M7,	2,0xFF
};
uchar code MusicB[]={//4H1,	4+2,M7,	2,H1,	4,H3,	4,M7,	4+4+4,M3,	2,M3,	2,M6,	4+2,M5,	2,M6, 4,H1,	4,//5M5,	4+4+4,M2,	2,M3,	2,M4,	4,H1,	2,M7,	2+2,H1,	2+4,H2,	2,H2,	2,H3,	2,H1,	2+4+4,//6H1,	2,M7,	2,M6,	2,M6,	2,M7,	4,M5_,4,M6,	4+4+4,H1,	2,H2,	2,H3,	4+2,H2,	2,H3,	4,H5,	4,0xFF
};
uchar code MusicC[]={//7H2,	4+4+4,M5,	2,M5,	2,H1,	4+2,M7,	2,H1,	4,H3,	4,H3,	4+4+4+4,//8M6,	2,M7,	2,H1,	4,M7,	4,H2,	2,H2,	2,H1,	4+2,M5,	2+4+4,H4,	4,H3,	4,H3,	4,H1,	4,//9H3,	4+4+4,H3,	4,H6,	4+4,H5,	4,H5,	4,H3,	2,H2,	2,H1,	4+4,P,	2,H1,	2,//10H2,	4,H1,	2,H2,	2,H2,	4,H5,	4,H3,	4+4+4,H3,	4,H6,	4+4,H5,	4+4,//11H3,	2,H2,	2,H1,	4+4,P,	2,H1,	2,H2,	4,H1,	2,H2,	2+4,M7,	4,M6,	4+4+4,P,	4,0xFF
};
void display(uchar k){P0=dis[k];
}
//音符函数
void fun(){KeyNum=key_scan();display(KeyNum);if(cntt!=KeyNum){cntt=KeyNum;flag=1;}if(flag){for(k=0;k<249;k++){P37=~P37;delay12us(tab[KeyNum]);}flag=0;P37=0;}delay(70);
}
void fun2(){MusicSelect=0;Buzzer_Time(100);while(1){if(MusicA[MusicSelect]!=0xFF)		//如果不是停止标志位{FreqSelect=MusicA[MusicSelect];	//选择音符对应的频率MusicSelect++;delay(SPEED/4*MusicA[MusicSelect]);	//选择音符对应的时值MusicSelect++;TR0=0;delay(5);						//音符间短暂停顿TR0=1;}else								//如果是停止标志位{TR0=0;while(1);}}
}
void fun3(){MusicSelect=0;Buzzer_Time(100);while(1){if(MusicB[MusicSelect]!=0xFF)		//如果不是停止标志位{FreqSelect=MusicB[MusicSelect];	//选择音符对应的频率MusicSelect++;delay(SPEED/4*MusicB[MusicSelect]);	//选择音符对应的时值MusicSelect++;TR0=0;delay(5);						//音符间短暂停顿TR0=1;}else								//如果是停止标志位{TR0=0;while(1);}}
}
void fun4(){MusicSelect=0;Buzzer_Time(100);while(1){if(MusicC[MusicSelect]!=0xFF)		//如果不是停止标志位{FreqSelect=MusicC[MusicSelect];	//选择音符对应的频率MusicSelect++;delay(SPEED/4*MusicC[MusicSelect]);	//选择音符对应的时值MusicSelect++;TR0=0;delay(5);						//音符间短暂停顿TR0=1;}else								//如果是停止标志位{TR0=0;while(1);}}
}
void timer_routine() interrupt 1{if(FreqTable[FreqSelect]){                  //如果不是休止符TH0 = FreqTable[FreqSelect]/256;		//设置定时初值TL0 = FreqTable[FreqSelect]%256;		//设置定时初值P37=!P37;                         		//翻转蜂鸣器IO口}
}

至此，我们已经基本完成了整个项目，.h文件自然不必多说，相信各位读者的能力。

相信大家对蜂鸣器和矩阵键盘的使用更加熟练，也更多的了解到了AT89C52单片机，欢迎各位一起讨论和交流。

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