3位LED音乐随机数据发生器

2004-03-14 21:32俞海华尹浙民沈小玲谢少伟
电子世界 2004年2期
关键词:寄存器初值中断

俞海华 尹浙民 沈小玲 谢少伟

本文介绍一种用89C2051单片机设计的3位LED音乐随机数据发生器,它在音乐播放的同时产生随机数据,其关键技术为在单片机音乐发生同时实现LED动态数据显示,可用于小型晚会抽奖及点出节目助兴。以下就其硬件原理、软件编写作一介绍,有兴趣者不妨一试。

硬件设计

图1为3位LED随机数据发生器硬件电路。图中C3、R1为上电复位电路,R2、K构成按键电路,并由P3.0检测按键状态。由于89C2051的P1口能吸收20mA灌入电流并可直接驱动LED显示器,因此,图中由P1.0~P1.6提供三位LED七段段线,分别对应a~g,并通过7个200Ω电阻上拉接+5V电源,当P1.0~P1.6口线输出高电平时,由+5V电源提供LED驱动电流,当P1.0~P1.6口线输入低电平时,+5V电源通过200Ω电阻,向P1.0~P1.6灌电流,并使LED段线处于低电平状态。同样,当89C2051的P3口作为一般口线时,P3口同样能吸收20mA灌电流,因此直接采用P3.5、P3.4、P3.3控制LED1、LED2、LED3的位线,实现了用89C2051口线直接驱动LED动态显示的可能。P3.7是音乐信号输出口线,同样采用灌电流的方式通过9013电流放大驱动8Ω喇叭以实现音乐播放。

软件设计

本随机数据发生器的工作过程如下:开机后,处于待机状态,当K按下并释放后,音乐响起并循环播放,同时,3位LED快速循环显示0~9数字,随机数据寄存器从1到最高值(最大可到999)加1循环。一旦K再次按下并释放后,音乐停播,同时随机数据寄存器循环加1并显示,逐渐减慢并停止在某一值,但由于K再次按下是随机的,因此这一值也为随机值。当K第三次按下时将再次处于待机状态,否则一直显示随机值。随机数据发生器的程序即是按上述过程编写的,其程序流程如图2所示,主要由音乐发生、三位LED动态显示及随机数据处理三个部分组成,图中R2为中断次数寄存器,R4为乐曲长度寄存器,30H为随机数据寄存器。

单片机音乐发声原理是在一口线上产生音频范围内的方波信号,并经放大驱动喇叭便可发出某一频率的音调,控制音调播放时间使其按节拍变化,便可编程演奏一首乐曲。方波信号的频率由定时器控制产生,采用16位定时方式。附表列出C调音阶与频率及初值的对应关系。将初值制表在程序中,将音符作为偏移量查该表即可得音符对应的初值。

节拍长度由定时器T1控制,定时时间可取总节拍长度的1/4或1/8,通过控制定时器的中断次数,即可满足1/8、1/4、1/2、1、2拍等不同节拍的定时要求。将乐谱转换成代码,如音符、音长,组成一个字节,如下处理便可播放音乐:

1.将音符代码装入8位字节高4位,节拍代码装入低4位,组成一个字节,将整段音乐换成一定长度的代码并在程序中制表。

2.在程序执行时先查代码表,取出音符代码,查频率初值表将初值置入T0定时器,取节拍代码,置入T1口定时中断次数寄存器,启动T0、T1即可发音。

3.启动后T1每中断一次,中断次数寄存器减1,在主程序中加以判断,一旦为零,结束该音节播放,取下一个音节代码再按上述步骤处理,每一音节播放完毕,乐曲即音节长度寄存器减1并判零,为零即乐曲结束,可作停播或重播处理。

在T1中断次数寄存器判零等待期间,进行随机数据寄存器循环加1、LED1~LED3 0~9循环加1显示及判键处理,必须注意的是处理时间不得超过T1定时时间,否则将影响节拍长度控制。而在此间若K键按下,则音乐停播,进行随机数据循环加1显示并逐渐减慢固定显示在某一值,其流程图如图3所示。

图中30H为随机数据寄存器,33H为减慢显示速度控制寄存器,32H为暂储寄存器。

程序通过增加显示同一随机数据次数来减慢显示速度,当显示次数与设定值相等时停止加1,并固定显示随机数据寄存器的内容,此值即为产生的随机数据。

程序中设有处理LED1~LED3分别显示0~9的显示子程序、显示随机数据寄存器内容显示子程序及T1、T2中断服务等程序,不再详述。

若随机数据在0~255范围,则只需一个8位随机数据寄存器,如流程中的30H,若需显示0~999,则需二个8位寄存器。另外在音乐停播时,必须将音乐输出口线P3.7置高电平,否将造成9013及喇叭长期导通而发热,这在程序调试时也得注意。

由于89C2051的工作电压范围较宽,可用3节5号电池提供4.5V 电压供电。

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