51单片机播放音乐（一）：蜂鸣器

桃扇骨 2022-04-15 03:16 685阅读 0赞

### 51单片机播放音乐（一）：蜂鸣器 ###

*  原理
 *   *  蜂鸣器
     *  乐谱转成循环次数
 *  单片机代码
 *  仿真电路图

[本文完整源码][Link 1]

# 原理 #

## 蜂鸣器 ##

蜂鸣器分为有（震动）源的和无源的，有源的无法控制频率，所以用无源的才能播放音乐。无源蜂鸣器需要自己控制输入变化的信号才能发声，最简单的就是输入方波信号了，通过单片机控制方波的频率就能发出不同音调的声音

这是发出50%占空比方波的代码：

int i;
    while (1) { 
    	for (i = 0; i < 10; ++i); // 改变循环次数可以改变方波频率
    	P1_0 = 1;
    	for (i = 0; i < 10; ++i);
    	P1_0 = 0;
    }

## 乐谱转成循环次数 ##

首先要有蜂鸣器乐谱，就是用频率和持续时间表示一个音符的乐谱，至于如何获取蜂鸣器乐谱可以看我[上一篇文章][Link 2]。由于单片机的运行速度很慢，如果在单片机里计算循环次数会浪费很多时间，导致输出的音乐断断续续的，所以我尽量在电脑上完成计算，单片机直接读取循环次数就行了

已知单片机使用的晶振频率（我用的11059200Hz），机器主频是晶振频率的12分频，所以一个机器周期是  1 / ( 晶 振 频 率 / 12 ) 1 / (晶振频率 / 12) 1/(晶振频率/12) 秒。还要知道for循环一次需要多少个机器周期，我是在keil仿真调试时开启定时器测出来的，是38个周期。一次循环时间就是  机 器 周 期 ∗ 1000 ∗ 每 次 循 环 机 器 周 期 数 机器周期 \* 1000 \* 每次循环机器周期数 机器周期∗1000∗每次循环机器周期数 毫秒，然后可以算出发出相应频率的方波需要几次循环

下面是把蜂鸣器乐谱转成循环次数的Python脚本：

import json
    
    # 晶振频率(Hz)
    CRYSTAL_FREQUENCY = 11059200
    # 计数周期（机器周期）(s)
    COUNT_PERIOD = 1 / (CRYSTAL_FREQUENCY / 12)
    # 一次循环几个机器周期，通过定时器实验得到
    COUNT_PER_LOOP = 38
    # 一次循环时间(ms)
    MS_PER_LOOP = COUNT_PERIOD * 1000 * COUNT_PER_LOOP
    
    
    def tone_to_loop_count(notes, output_path):
        res = []
        for frequency, duration in notes:
            if frequency == 0:
                # 延时
                loop_count = 65535
                period_count = round(duration / MS_PER_LOOP)
            else:
                period = 1000 / frequency
                loop_count = round(period / 2 / MS_PER_LOOP)
                period_count = round(duration / period)
            # 最低频率0.185，loop_count = 65534
            assert 0 <= loop_count <= 65535, f'frequency = {frequency}, loop_count = {loop_count}，不在unsigned int范围内'
            # 把一个时间过长的音符拆成多个音符
            while period_count > 65535:
                res.append((loop_count, 65535))
                period_count -= 65535
            res.append((loop_count, period_count))
    
        with open(output_path + '.h', 'w') as f:
            f.write(f"""#define DELAY_COUNT 65535 #define NOTES_LEN {len(res)} extern const unsigned int code notes[][2]; """)
    
        with open(output_path + '.c', 'w') as f:
            f.write('const unsigned int code notes[][2] = {\n')
            for i in range(0, len(res), 6):
                f.write('\t')
                for loop_count, period_count in res[i: i + 6]:
                    f.write(f'{ { {loop_count}, {period_count}}}, ')
                f.write('\n')
            f.write('};\n')
    
    
    def main():
        with open('beep.json') as f:
            notes = json.load(f)
        tone_to_loop_count(notes, '../beep/music_data')
    
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

# 单片机代码 #

单片机代码就很简单了，读取循环次数然后循环发出方波

#include <AT89X51.H>
    
    #include "music_data.h"
    
    // 引脚定义
    #define beepOut P1_0
    
    int main() { 
    	beepOut = 0;
    	while (1) { 
    		unsigned int i, j, k;
    		for (i = 0; i < NOTES_LEN; ++i) { 
    			if (notes[i][0] == DELAY_COUNT) // 延时
    				for (j = 0; j < notes[i][1]; ++j);
    			else { 
    				for (j = 0; j < notes[i][1]; ++j) { 
    					for (k = 0; k < notes[i][0]; ++k);
    					beepOut = 1;
    					for (k = 0; k < notes[i][0]; ++k);
    					beepOut = 0;
    				}
    			}
    		}
    	}
    	
    	return 0;
    }

# 仿真电路图 #

其实就是单片机最小系统把P1.0口接到蜂鸣器。顺带一提Proteus中buzzer是有源蜂鸣器，sounder是发声器，只接受数字信号，speaker是扬声器，接受模拟信号，这里用的是sounder。实际中可能单片机最大电流不够驱动蜂鸣器，这时要加个三极管来驱动

![电路图][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hmZ3J5dWpr_size_16_color_FFFFFF_t_70]

[Link 1]: https://github.com/xfgryujk/c51-play-music
[Link 2]: https://blog.csdn.net/xfgryujk/article/details/84197833
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hmZ3J5dWpr_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220415/3e8bdedb7fed4da08d26a0a92f91529b.png