本节书摘来异步社区《51单片机应用开发从入门到精通》一书中的第2章，第2.11节，作者：张华杰 ，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.11　歌曲演奏实例

51单片机应用开发从入门到精通
本实例是利用单片机演奏一首生日快乐歌。

2.11.1 编程演奏器原理

1．演奏器原理
（1）通过控制单片机定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。

（2）用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍，表2-14是各调1/4节拍的时间表。

（3）把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定时常数和延时常数，作为数据表格存放在存储器中。由程序查表得到定时常数和延时常数，分别用来控制定时器产生的脉冲频率和发出该音频脉冲的持续时间。

（4）表2-15为单片机晶振频率为12MHz时，乐曲中的音符、频率及定时常数之间的对应关系表。

2．歌谱

3．建立步骤
（1）先把乐谱的音符找出，然后根据表2-15给出的定时值按乐谱的音符顺序建立编码表TABLE。

定时值为十六进制4位数，拆开分为两组，如5对应的定时值为FD80H，拆分为FDH和80H两组。前组装入定时器的高位TH0，后组装入定时器的低位TL0。程序中将进行两次查表来完成一个音符对应的定时初值的装入。

（2）在程序中使用定时器T0方式1来产生歌谱中各音符对应频率的音频脉冲，由 P3.4输出，再经三极管将信号放大后驱动蜂鸣器发出不同音节的声音。

（3）程序中节拍的控制是通过调用延时子程序DELAY的次数来实现的，1拍为 748 ms，即需要调用4次DELAY；3/4拍需要调用3次DELAY；2/4拍需要调用2次DELAY。

（4）节拍的控制码在表TABLE中位于音符码的后面。如第1行“DB 0FDH,80H, 03H,…”中，0FDH和80H是音符5的音符码，其后边的03H是节拍码，即3/4拍的时间。

（5）当一个音符的发音时间到时，再查下一个音符的定时常数和延时常数。依此进行下去，就可演奏出悦耳动听的乐曲。

2.11.2 程序设计

1．流程图
程序设计流程如图2-18所示。

2．程序
汇编语言编写的歌曲演奏源程序FS03.ASM代码如下：

01：          ORG           00H                ;主程序起始地址
02：          JMP           START              ;跳转至主程序
03：          ORG           0BH                ;定时器T0中断入口
04：          JMP           EXT0               ;跳转至T0中断子程序
05：  START:  MOV           TMOD,#00000001B    ;设置T0方式1
06：          MOV           IE,#10000010B      ;允许T0中断
07：          MOV           DPTR, #TABLE       ;存表首地址
08：  LOOP:   CLR           A                  ;清0
09：          MOVC          A,@A + DPTR        ;查表
10：          MOV           R1, A              ;定时器高8位存入R1
11：          INC           DPTR               ;指针加1
12：          CLR           A                  ;清0
13：          MOVC          A,@A + DPTR        ;查表
14：          MOV           R0, A              ;定时器低8位存入R0
15：          ORL           A, R1              ;进行或运算
16：          JZ            NEXT0              ;全0为休止符
17：          MOV           A, R0
18：          ANL           A, R1              ;进行与运算
19：          CJNE          A, #0FFH, NEXT     ;全1表示乐曲结束
20:           JMP           START              ;从头开始循环演奏
21:  NEXT:    MOV           TH0, R1            ;装入高位定时值
22:           MOV           TL0, R0            ;装入低位定时值
23:           SETB          TR0                ;启动定时器T0
24:           JMP           NEXT1              ;跳转到NEXT1处
25:   NEXT0:  CLR           TR0                ;关闭定时器，停止发音
26:   NEXT1:  CLR           A                  ;清0
27：          INC           DPTR               ;指针加1
28：          MOVC          A, @A + DPTR       ;查延时常数
29：          MOV           R2, A              ;延时常数存入R2
30：  LOOP1:  ACALL         DELAY              ;调用延时子程序
31：          DJNZ          R2, LOOP1          ;控制延时次数
32：          INC           DPTR               ;指针加1
33：          JMP           LOOP               ;跳转到LOOP处
34：  EXT0:   MOV           TH0, R1            ;重装定时值
35：          MOV           TL0, R0
36：          CPL           P3.4               ;反相输出
37：          RETI                             ;中断子程序返回
38：  DELAY:  MOV           R7, #02            ;延时187ms子程序
39：  D2:     MOV           R6, #187
40：  D3:     MOV           R5, #248
41：          DJNZ          R5,$
42:           DJNZ          R6, D3
43:           DJNZ          R7, D2
44:           RET                               ;延时子程序返回
45:   TABLE:  DB  0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H     ;编码表
46:           DB  0FDH,0C6H,04H, 0FDH,80H,04H
47:           DB  0FEH,2AH,04H, 0FEH,02H,04H
48:           DB  00H,00H,04H
49:           DB  0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H
50:           DB  0FDH,0C6H,04H, 0FDH,80H,04H
51:           DB  0FEH,5CH,04H, 0FEH,2AH,04H
52:           DB  00H,00H,04H
53:           DB  0FDH,80H,03H, 0FDH,80H,01H
54:           DB  0FEH,0C0H,04H, 0FEH,84H,04H
55:           DB  0FEH,2AH,04H, 0FEH,02H,04H
56:           DB  0FDH,0C6H,04H
57:           DB  0FEH,98H,03H, 0FEH,98H,01H
58：          DB  0FEH,84H,04H, 0FEH,2AH,04H
59：          DB  0FEH,5CH,04H, 0FEH,2AH,04H
60：          DB  00H,00H,04H
61：          DB  0FFH,0FFH                   ;结束码
62：          END                             ;程序结束

2.11.3 代码详解

1．标号说明
START：程序开始的进入点。

LOOP：处理下一个音符的进入点。

NEXT：装入定时初值的进入点。

NEXT0：关闭定时器、停止发音的进入点。

NEXT1：查找延时常数的进入点。

LOOP1：处理节拍时间的进入点。

EXT0：中断子程序的进入点。

DELAY：延时180ms子程序的进入点。

2．寄存器使用分配情况
R0、R1、R2、R5、R6、R7：普通寄存器。其中R0存放低位定时器初值；R1存放高位定时器初值；R2存放延时常数值；R5、R6和R7在延时子程序中作计数器用。

A和DPTR：特殊功能寄存器，其中A又称累加器，DPTR为数据指针。在程序中把表TABLE的首地址存入DPTR作基础地址，A作为变址寄存器。将基址寄存器和变址寄存器的内容相加（@A + DPTR）形成操作数的地址。

TMOD：定时器工作模式控制寄存器。

TL0和TH0：定时器0的计数器，TL0为低8位，TH0为高8位。

TR0：定时器0控制寄存器TCON的一个控制位。

IE：中断允许控制寄存器。

P3.4：对内是P3寄存器的一个位，对外是输入/输出端口的一个引脚，作音频信号输出端口。

3．程序分析解释
01～04：设定入口地址。其中定时器中断是从标号EXT0处进入中断子程序。

05～07：设置定时器T0为方式1，并允许T0中断。其中07行语句将表TABLE的首地址存入数据指针寄存器DPTR中。

08～10：第一次查表，取出表中的第一个码，即乐谱中的第一个音符5的定时常数（定时初值）FD80H中的高位部分FDH，并存入寄存器R1中。

11～14：第二次查表，取出表中的第二个码，即乐谱中的第一个音符5的定时常数FD80H中的低位部分（即80H），并存入寄存器R0中。

15～20：判断、转移语句。对二次查取到的码，检查是否有休止符码，该判断是通过第15行语句“ORL A,R1”对A和R1寄存器的内容进行或运算实现的。

如果累加器A中的值是00H，R1寄存器的值也是00H，进行或运算后再存入累加器A中，此时累加器A中的值是全0，说明取到的是休止符码。通过第16行语句“JZ NEXT0”，跳转至标号NEXT0处，关闭定时器，停止发音，完成乐谱中休止符的作用。

取码时是否取到了结束码是通过第18行语句指令ANL对A和R1进行与运算来判断的。如果累加器A中的值是FFH，R1寄存器的值也是FFH，进行与运算后再存入累加器A中，此时累加器A中的值是全1，说明取到的是结束码。

第19行语句“CJNE A，#0FFH，NEXT”，如果累加器A中的值与#0FFH不相等，则跳转移到NEXT处，开始向定时器装入定时常数；如果A与#0FFH相等，说明取到的码是结束码，程序向下执行，即从头开始循环演奏。

21～23：开始向定时器装入定时常数并启动定时器工作。

24～25：处理拍节。

26～29：查取延时码并存入R2。

30～31：决定拍节时间。如果取来的码是02H，程序调用两次DELAY延时，即为2/4拍节时间；如果取来的码是04H，程序调用4次DRLAY延时，即为1拍节时间。

32～33：每次查表取码后，数据指针都要加1，以便指向下一个待查的码。第33行语句将程序运行跳转到标号LOOP处，处理下一个音符。

34～37：中断子程序。当定时器计时满后将产生中断，由标号EXT0处进入中断子程序。在中断子程序中重装定时值，并通过第36行语句在P3.4端口输出音频信号。

38～44：延时187ms子程序。

45～61：编码表TABLE。在表中每个音节由3个码组成，前两个为音符码，后一个为节拍码。如表中第1行“0FDH，80H，03H”，其中0FDH和80H即为FD80H，是音符5的发音编码；03H是节拍码，3/4节拍。

表中的最后一行“0FFH,0FFH”是结束码，表示乐曲演奏结束。

4．边用边学指令
本程序用到新的指令有ORL和JZ。

　ORL：逻辑运算及位移类指令中的按位或操作指令。该指令将累加器A中的内容与源操作数所指出的内容按位进行逻辑或运算，结果存入A中。
　JZ：控制转移类指令，功能是当累加器A为0时跳转。

2.11.4 模拟仿真

1．模拟仿真前注意事项
在23与24行语句之间，加一条“SETB TF0”语句，该语句使定时器T0的溢出标志位TF0为1，模拟产生中断，使程序能进入中断子程序中运行。

在39～43行语句的前边加分号，使延时子程序的延时时间缩短为2ms，缩短模拟仿真时间。

2．模拟仿真中注意事项
观察程序主要运行路线：第一次查表→第二次查表→中断子程序及返回→第三次查 表→进入延时子程序及返回→处理下一个音符（跳转到LOOP处）。

观察累加器A中值的变化。第一次查表执行第09行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为FDH。第二次查表，执行第13行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为80H。两次查表取回音符5的对应码FD80H。第三次查表，执行第28行语句“MOVC A，@A + DPTR”后，A值为03H，取回的是音符5的对应拍节码。

2.11.5 实例测试

将写入歌曲演奏程序的单片机插入实验板插座内，并检查实验板上蜂鸣器接口是否与程序中声音输出端口一致，当检查无误后接通电源，就会听到生日快乐歌。

2.11.6 经验总结

在用单片机作可编程乐曲演奏器的程序里，一般用定时器T0方式1来控制音符的频率，调用延时子程序DELAY来控制节拍。

程序采用查表的方法，将乐谱转换成控制码并制成表TABLE，然后进行三次查表。第一、第二次查表完成对音符的控制，第三次查表读取节拍码，完成对节拍的控制。

在完成第一、第二次查取音符的控制码后，程序中还设有判断语句，如果判断出取来的是休止符码，就将定时器关闭一段时间；如果判断出取来的是结束码，程序就从头开始循环。