基于arm的音乐盒设计

摘 要：随着科学技术的迅猛发展，计算机技术也得到了快速的发展，嵌入式技术也日趋成熟，并已经逐步发展成了比较关键的一门技术学科。文章介绍的是一个基于arm9处理器简易音乐盒的设计及其实现方案，采用的是s3c2410处理器芯片。通过对乐谱音节和节拍的混排方式进行编码来实现乐曲播放的功能。

关键词：arm；嵌入式技术；s3c2410；音乐盒

1 概述

随着科学技术，尤其计算机技术的快速发展，嵌入式技术也得到了快速的发展，并逐步发展成一门关键的技术学科。Arm即advanced RISC machines，虽然是一个公司的名字，它代表的是一项技术，是一类微处理器的统称。它具有这样的一些特点：体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。因而在工业、军事国防、网络、消费电子中能够处处看到嵌入式技术arm的应用。

2 音乐盒设计

随着人类社会的发展进步，人们对视听方面的享受也提出了更高的要求。传统的音乐盒大多是机械型的，一般是由一小片集成电路块构成，一旦接通电源，即可播放优美、动听的乐曲，然而这样的音乐盒只能重复播放一个指定的、单一的曲目，不能按照人们的要求，播放出每个人喜欢的乐曲。文章所设计的音乐盒，不仅能够存储乐曲，还可以根据自身的需要和爱好将自己喜爱的曲目添加进去，只需要经过简单的编程即可。

2.1 音乐盒的设计原理

我们知道频率决定音调，根据十二平均律，有如图1的音阶图对应关系：相邻之间的两个音位半音的关系。图中每一格为一个半音，通过图1中的公式，可以求出它们之间各个音的频率。文章通过《祝你生日快乐》乐曲来描述简易音乐盒的设计。《祝你生日快乐》乐曲的音阶为F，F调音阶与频率的关系如表1所示。也就是说，只要能够产生所对应的频率振荡信号，再经过放大器放大，再将放大的信号传到扬声器，就可听到动听优美的音乐。但音乐的长短都是由有一定规律组织起来的一个音组成，所以必须还要控制好每个音的播放时间，通常节拍和曲调的时间都是有其一定的对应关系。《祝你生日快乐》乐曲简谱如图2所示。

若f1距f2有n个半音，则计算公式为：n个半音=1/12*log2（f1/f2），若f1f2则n>0。

图1 音阶图

2.2 硬件设计

在硬件设计方面笔者所采用的是arm9系列s3c2410处理器芯片，这也是整个音乐盒的核心部分。由s3c2410处理器芯片的定时器0来控制GBP0引脚输出不同频率的方波，实現产生每个音符所对应的频率振荡信号，再经过Q1的放大，传至扬声器播放乐曲。在设计中，我们所采用的蜂鸣器为无源蜂鸣器。（如图3）

图3 硬件结构图

2.3 软件设计

曲谱中不仅包含有音名信息，还包含有节拍信息。所以我们对曲谱进行编码时所采用的是一种音名和节拍混排的方式。在程序设计方面，主要涉及以下因素：根据音乐简谱中的低、中、高音的各自7个音符对应的频率，设置Timer0工作频率为1MHz，根据乐曲简谱图和音阶与频率的对照表得到每个音符所对应的频率，计算出产生该音符所对应频率的PWM信号所需的计数初值，然后用一个数组1来存放这些计数初值。考虑到每个节拍的延时时间的不同，设置一个基础的延时时间，每个节拍的延时时间都是该基础延时时间的整数倍。用延时函数来实现音长，函数的传递参数作为音长单位，将其用一个数组2来存放。根据不同乐曲的简谱，用一个数组3按照其播放顺序依次存放每个音符在数组1中的位置和其对应音长在数组2中的位置。通过依次调用数组3中的元素，来实现音乐的播放。

3 结束语

文章提出了一个简易音乐盒的设计方案及实现思路，仅用到s3c2410处理器芯片的定时器功能，涉及硬件资源较少，采用音节和节拍的一个混排方式进行编码，可以节省内存空间。人们可以根据自己的爱好兴趣存储、播放自己喜爱的乐曲。

参考文献

[1]刘卫锋，等.音乐与教学[J].数学通报，2005（4）.

[2]曹丽燕.基于单片机的音乐盒设计[J].信息与电脑，2010.

作者简介：徐礼国（1984-），男，硕士研究生，主要从事电子技术研究。