３位ＬＥＤ音乐随机数据发生器

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。