【51单片机】蜂鸣器演奏音乐——小星星天空之城

学习使用的开发板：STC89C52RC/LE52RC
编程软件：Keil5
烧录软件：stc-isp

开发板实图：
在这里插入图片描述

文章目录

  • 蜂鸣器
  • 按键发声
  • 无源蜂鸣器演奏音乐
    • 简单乐理
    • 小星星
    • 天空之城

蜂鸣器

蜂鸣器在开发板的位置如下：
在这里插入图片描述
蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号

蜂鸣器按驱动方式可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器

  • 有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发生，频率固定。可用于按键音，报警音
  • 无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音

在这里插入图片描述

蜂鸣器的原理图如下：

在这里插入图片描述

  • VCC：电源正极
  • BZ1：蜂鸣器
  • BEEP：蜂鸣器I/O口

本单片机使用五线四项步进电机 ULN2003D 驱动电路
在这里插入图片描述

可以看到 BEEP 连通 P25

常见的蜂鸣器驱动电路为三极管驱动

在这里插入图片描述

  • Buzzer：蜂鸣器
  • VCC：电源正极
  • GND：电源接地

三极管分为 NPN 和 PNP，其中 N 为 N(Native)型半导体，P 为 P(Positive)型半导体。
三极管认识可参看B站“爱上半导体”《三极管是如何导电？超形象动画让你一看就懂！》、《三极管的饱和与放大》

此处了解，NPN型，R1处给高电平导通，低电平截止；PNP型，R1处给低电平导通，高电平截止

按键发声

蜂鸣器的使用很简单，因为只有一个I/O口——BEEP(P2^5)
控制蜂鸣器发声有两个因素——频率和时长

频率控制蜂鸣器发声的音高，时长控制此次发声持续多久。代码如下：

#include <REGX52.h>
#include <INTRINS.h>
#include "Delay.h"sbit Buzzer_BZ = P2^5;
/*** @brief		软件延时500us* @parm		无* @retval		无*/
void Delay500us()		//@11.0592MHz
{unsigned char i;_nop_();i = 227;while (--i);
}
/*** @brief		控制蜂鸣器发声时长* @parm		mx:发声的时长* @retval		无*/
void Buzzer_Time(unsigned int mx)
{unsigned int i;//若传入mx:500，预期是响500ms//但一次for循环耗时0.5ms，若要响500ms，for循环次数要加倍for(i = 0; i < 2 * mx; ++i){Buzzer_BZ = !Buzzer_BZ;Delay500us();//每1ms响一次，1ms对应频率为1KHz}
}

Buzzer_Time() 为发声逻辑，通过控制Buzzer_BZ(P2^5)变化的频率实现发声频率，500us变化一次，1 -> 0 -> 1为1ms，则频率为1KHz

完整代码如下：

蜂鸣器模块
Buzzer.h

#ifndef __BUZZER_H__
#define __BUZZER_H__void Buzzer_Time(unsigned int mx);#endif

Buzzer.c

#include <REGX52.h>
#include <INTRINS.h>
#include "Delay.h"sbit Buzzer_BZ = P2^5;/*** @brief		软件延时500us* @parm		无* @retval		无*/
void Delay500us()		//@11.0592MHz
{unsigned char i;_nop_();i = 227;while (--i);
}/*** @brief		控制蜂鸣器发声时长* @parm		mx:发声的时长* @retval		无*/
void Buzzer_Time(unsigned int mx)
{unsigned int i;//若传入mx:500，预期是响500ms//但一次for循环耗时0.5ms，若要响500ms，for循环次数要加倍for(i = 0; i < 2 * mx; ++i){Buzzer_BZ = 1;Delay500us();//每2ms响一次，1ms对应频率为1KHz，2ms对应频率为500Hz}
}

按键模块

SoleKey.h

#ifndef __SOLEKEY_H__
#define __SOLEKEY_H__unsigned char SoleKey();#endif

SoleKey.c

#include <REGX52.h>
#include "Delay.h"
/*** @brief  获取独立按键的键码(哪个被按下)* @parm	无* @retval	独立按键的键码*/
unsigned char SoleKey()
{unsigned char keyNum = 0;if(P3_1 == 0){Delayms(20);while(P3_1 == 0);Delayms(20);keyNum = 1;}if(P3_0 == 0){Delayms(20);while(P3_0 == 0);Delayms(20);keyNum = 2;}if(P3_2 == 0){Delayms(20);while(P3_2 == 0);Delayms(20);keyNum = 3;}if(P3_3 == 0){Delayms(20);while(P3_3 == 0);Delayms(20);keyNum = 4;}return keyNum;
}

延时器模块

Delay.h

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAT_H__void Delayms(unsigned int xms);//等待指定毫秒#endif

Delay.c

/*** @brief  延迟一定时间* @parm	延迟的时间，单位是毫秒，范围：0 ~ 65535* @retval	无*/
void Delayms(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{while(xms--){unsigned char i, j;i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}	
}

数码管模块

Nixie.h

#ifndef __NIXIE_H__
#define __NIXIE_H__void LightNixieTube(unsigned char location, unsigned char num);#endif

Nixie.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"//指定的数字有哪些地方要亮，对应数值的数组
unsigned char NixieTubeNums[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F,0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};
/*** @brief 显示指定位置指定数字* @parm 第一个参数是从左往右要显示的位置 范围: 1~8* @parm 第二个参数是要显示的数字 范围: 0~9* @retval 无*/
void LightNixieTube(unsigned char location, unsigned char num)
{//第一个位置是LED8，对应38译码器111switch(location){case 1:P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break;case 2:P2_4 = 1;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break;case 3:P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;case 4:P2_4 = 1;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;case 5:P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 1;break;case 6:P2_4 = 0;P2_3 = 1;P2_2 = 0;break;case 7:P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 1;break;case 8:P2_4 = 0;P2_3 = 0;P2_2 = 0;break;}//指定的数字有哪些地方要亮P0 = NixieTubeNums[num];
}

主程序——获取按键键码，显示在数码管上，并发出按键提示音

main.c

#include <REGX52.h>
#include "Buzzer.h"
#include "Nixie.h"
#include "SoleKey.h"void main()
{unsigned char Key;LightNixieTube(1, 0);while(1){Key = SoleKey();if(Key){LightNixieTube(1, Key);Buzzer_Time(100);}}
}

项目链接：蜂鸣器——按键发声

无源蜂鸣器演奏音乐

简单乐理

在这里插入图片描述

c1为中央C，中音1，最中间的按键，以此划分区域
钢琴上每8个白键一组，算上黑键则12一组，例如从c ~ b
相邻的黑白键相差半音，升半音符号和降半音符号如下：
在这里插入图片描述
一组按键对应简谱如下：
在这里插入图片描述

相邻组的音高相差八度，如小字1组的 c 比小字组的 c 高八度。对应简谱如下：
在这里插入图片描述

无源蜂鸣器通过调整振荡脉冲的频率实现发出不同频率的声音。

我们通过定时器中断函数实现频率的变化，定时器使用参看【51单片机】定时器

定时器中断函数模版如下：

//定时器中断函数——实现蜂鸣器不同音高发声
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
{TH0 = ??TL0 = ??
}

定时器逻辑简单描述就是：

  1. 有两个8位计数器，TH0 和 TL0，TH0 存储高位数据。TL0 存储低位数据。两个计数器记录完整的数据，范围：0 ~ 65535
  2. 根据系统频率，如12MHz，12T模式，则 12 / 12 = 1MHz，即每 1us 对计数器加一
  3. 当计数器溢出时，发出定时器中断，执行上述定时器中断函数
  4. 通过设置 TH0 和 TL0 重载值，可以实现不同时间发出中断，如 TH0 和 TL0 组合为 64535，距离溢出还有 1000，则溢出还需 1000us，即1ms，如此就实现了每1ms发出一次中断

如何通过定时器实现不同频率的发声呢？—— 通过设置 TH0 和 TL0 重装值，并在中断函数中改变BEEP状态，就可以实现每隔一段时间改变BEEP状态，这就是频率。
不同的重装值，就会对应不同的频率，发出不同的音高

对此，我们需要获取相应音符对应的重装值

频率与C调音符对照表如下：

在这里插入图片描述

后续曲目只涉及小字组(低音) ~ 小字2组(高音)
对频率进行如下转变：如低音1
262Hz = 0.000262MHz = 3816.793893us(周期)

因为BEEP进行两次操作为一次发生，所以周期需要 / 2
3816.793893 / 2 = 1908.396947，取整为1908，即需要每1908us 对 BEEP 状态改变一次

重装值：65535 - 1908 = 63628
重装值如下：

在这里插入图片描述

有了重装值就可以进行编码了

小星星

小星星简谱如下：

在这里插入图片描述

重装值可以设置频率，音高，但还需要控制音符的演奏时长
对应时长，有二分音符，四分音符…
在这里插入图片描述
音符之间为两倍差值
定义四分音符——500ms为基准，二分音符则持续1000ms，八分音符持续250ms，十六分音符持续125ms

简谱的左侧4/4表示以四分音符为一拍，每小节四拍
第二小节6 6 5 -，每个音符都是四分音符，持续500ms，但-表示延续，即5 - ，表示中音5延迟一拍，持续两个四分音符，1000ms

小星星较为简单，到此就可以进行编码了

先定义每个音符对应的重装值

unsigned int code Frequency[] = {0,63628, 63731, 63835, 63928, 64021, 64103, 64185, 64260, 64331, 64400, 64463, 64524,	64580, 64633, 64684, 64732, 64777, 64820, 64860, 64898, 64934, 64968, 65000, 65030, 65058, 65085, 65110, 65134, 65157, 65178, 65198, 65217, 65235, 65252, 65268, 65283
};

0表示休止符，不发声

再对音符进行编号，对应重装值下标，并设置基准四分音符时长为500ms

//播放速度，值为四分音符的时长(ms)
#define SPEED 500//音阶和频率对照表的索引
#define P  	0   //休止符
//低音
#define L1 	1
#define L1_ 2
#define L2  3
#define L2_ 4
#define L3  5
#define L4  6
#define L4_ 7
#define L5  8
#define L5_ 9
#define L6  10
#define L6_ 11
#define L7  12
//中音
#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
//高音
#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

其中，L1_ 表示 L1 升半音，也就是 c 右侧的黑键

接下来就可以扒谱了，将简谱抽象成一个数组，每两个元素为一组，分别为频率对应重装值的下标 和 持续时长，持续时长以125ms为单位
如1 1 5 5 | 6 6 5 -，转化为数组为

M1,4,
M1,4,
M5,4,
M5,4,M6,4,
M6,4,
M5,4+4

小星星简谱如下：

//小星星乐谱
//两个一组：频率索引，播放时长
unsigned char code Music[] = {//S1M1, 4,M1, 4,M5, 4,M5, 4,//S2M6, 4,M6, 4,M5, 4+4,//S3M4, 4,M4, 4,M3, 4,M3, 4,//S4M2, 4,M2, 4,M1, 4+4,//S5M5, 4,M5, 4,M4, 4,M4, 4,//S6M3, 4,M3, 4,M2, 4+4,//S7M5, 4,M5, 4,M4, 4,M4, 4,//S8M3, 4,M3, 4,M2, 4+4,//S9M1, 4,M1, 4,M5, 4,M5, 4,//S10M6, 4,M6, 4,M5, 4+4,//S11M4, 4,M4, 4,M3, 4,M3, 4,//S12M2, 4,M2, 4,M1, 4+4,//终止符0xFF
};

最后用终止符防止数组越界，在遇到终止符时关闭定时器

演奏音乐的逻辑如下：

//				控制频率  		遍历乐谱
unsigned char FrequencySelect, MusicSelect;void main()
{Timer0_Init();while(1){//终止符:音乐结束if(Music[MusicSelect] != 0xFF){FrequencySelect = Music[MusicSelect];//选择音符对应频率MusicSelect++;Delayms(SPEED / 4 * Music[MusicSelect]);//选择播放时长MusicSelect++;//相邻音符停顿一下下TR0 = 0;Delayms(5);TR0 = 1;}else//终止符，停止播放{TR0 = 0;//关闭定时器while(1);}}
}//蜂鸣器按频率发声
void Timer0_Rountine(void) interrupt 1
{//如果不是休止符if(Frequency[FrequencySelect]){TH0 = Frequency[FrequencySelect] / 256;		//高8位TL0 = Frequency[FrequencySelect] % 256;		//低8位Buzzer_BZ = !Buzzer_BZ;}
}
  • 在主函数中，遍历乐谱，选择对应频率的下标。
  • Delayms 实现发声的持续时长，在Delayms 前和 Delayms期间，通过定时器中断实现不同频率的发声
  • 遇到休止符则不改变Buzzer_ER，不发声
  • 遇到终止符则关闭定时器，停止演奏

天空之城

在这里插入图片描述

对一些音符进行说明

在这里插入图片描述半音，即四分音符的一半——八分音符，对应频率和时长如下：

M6, 2,
M7, 2,

在这里插入图片描述延音，延长原音符的一半，即四分音符+八分音符，对应频率和时长如下：

H1, 4+2,

在这里插入图片描述升半音，对应频率和时长如下：

M4_, 2,

在这里插入图片描述连音，连线的音符为同一音，对应频率和时长如下：

H1, 2,
M7, 2+2,
H1, 2+4

在这里插入图片描述循环符号，回到乐谱最开始循环

完整乐谱如下：

//天空之城乐谱
unsigned char code Music[] = {//S1P,4,P,4,P,4,M6,2,M7,2,//S2H1,4+2,M7,2,H1,4,H3,4,//S3M7,4+4+4,M3,2,M3,2,//S4M6,4+2,M5,2,M6,4,H1,4,//S5M5,4+4+4,M3,4,//S6M4,4+2,M3,2,M4,4,H1,4,//S7M3,4+4,P,2,H1,2,H1,2,H1,2,//S8M7,4+2,M4_,2,M4,4,M7,4,//S9M7,4+4,P,4,M6,2,M7,2,//S10H1,4+2,M7,2,H1,4,H3,4,//S11M7,4+4+4,M3,2,M3,2,//S12M6,4+2,M5,2,M6,4,H1,4,//S13M5,4+4+4,M2,2,M3,2,//S14M4,4,H1,2,M7,2+2,H1,2+4,//S15H2,2,H2,2,H3,2,H1,2+4+4,//S16H1,2,M7,2,M6,2,M6,2,M7,4,M5_, 4,//S17M6,4+4+4,H1,2,H2,2,//S18H3,4+2,H2,2,H3,4,H5,4,//S19H2,4+4+4,M5,2,M5,2,//S20H1,4+2,M7,2,H1,4,H3,4,//S21H3,4+4+4+4,//S22M6,2,M7,2,H1,4,M7,4,H2,2,H2,2,//S23H1,4+2,M5,2+4+4,//S24H4,4,H3,4,H2,4,H1,4,//S25H3,4+4+4,H3,4,//S26H6,4+4,H5,4,H5,4,//S27H3,2,H2,2,H1,4+4,P,2,H1,2,//S28H2,4,H1,2,H2,2,H2,4,H5,4,//S29H3,4+4+4,H3,4,//S30H6,4+4,H5,4+4,//S31H3,2,H2,2,H1,4+4,P,2,H1,2,//S32H2,4,H1,2,H2,2+4,M7,4,//S33M6,4+4+4,P,4,0xFF//终止标志
};

项目链接：蜂鸣器——播放音乐

效果如下：

51单片机蜂鸣器演奏天空之城

以上就是本篇博客的所有内容，感谢你的阅读
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在这里插入图片描述

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Docker安装部署RabbitMQ

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1. Docker环境准备 1.1 安装Docker 在开始Docker安装部署RabbitMQ之前&#xff0c;确保您的系统环境已经满足Docker的运行要求。以下是在不同操作系统上安装Docker的步骤和命令行演示。 对于Linux系统 在基于Debian的系统&#xff08;如Ubuntu&#xff09;上&#xff0c;您…
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通义千问API调用测试 (colab-python,vue)

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文章目录 代码&#xff08;来自官网&#xff09;colab中用python测试Qwen2.5在官网上查看并确定过期时间这里看到我的免费额度到25年5月在同一个页面&#xff0c;点击API示例 前端调用直接在前端调用的优缺点以vue为例&#xff08;代码是基于官网node.js的代码转换而来&#xf…
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BLDC基础知识复习【一】

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焊接DDR的时候用镊子轻轻抖动一下&#xff0c;能晃动后复位代表焊接成功&#xff1b;用棉签和洗板水清洗板子&#xff0c;不要用纸擦 无刷没有定子和换向器&#xff0c;转子和定子反过来了&#xff1a; KV值越大&#xff0c;电机转速越大。电机转速 KV * 供电电压 外转子电机…
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