單片機(jī)音樂中音調(diào)和節(jié)拍的確定方法

　　單片機(jī)音樂中音調(diào)和節(jié)拍的確定方法:調(diào)號(hào)-音樂上指用以確定樂曲主音高度的符號(hào)。

　　很明顯一個(gè)八度就有12個(gè)半音。

　　A、B、C、D、E、F、G。經(jīng)過聲學(xué)家的研究，全世界都用這些字母來表示固定的音高。比如，A這個(gè)音，標(biāo)準(zhǔn)的音高為每秒鐘振動(dòng)440周。

　　升C調(diào)：1=#C，也就是降D調(diào)：1=BD;277(頻率)

　　升D調(diào)：1=#D，也就是降E調(diào)：1=BE;311

　　升F調(diào)：1=#F，也就是降G調(diào)：1=BG;369

　　升G調(diào)：1=#G，也就是降A(chǔ)調(diào)：1=BA;415

　　升A調(diào)：1=#A，也就是降B調(diào)：1=BB。466,

　　C 262 #C277 D 294 #D(bE)311 E 330 F 349 #F369 G 392 #G415

　　A 440. #A466 B 494

　　所謂1=A，就是說，這首歌曲的“導(dǎo)”要唱得同A一樣高，人們也把這首歌曲叫做A調(diào)歌曲，或叫“唱A調(diào)”。1=C，就是說，這首歌曲的“導(dǎo)”要唱得同C一樣高，或者說“這歌曲唱C調(diào)”。同樣是“導(dǎo)”，不同的調(diào)唱起來的高低是不一樣的。

　　各調(diào)的對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為：

　　單片機(jī)演奏音樂時(shí)音調(diào)和節(jié)拍的確定方法

　　經(jīng)?？吹揭恍﹦倢W(xué)單片機(jī)的朋友對(duì)單片機(jī)演奏音樂比較有興趣，本人也曾是這樣。在此，本人將就這方面的知識(shí)做一些簡(jiǎn)介，但愿能對(duì)單片機(jī)演奏音樂比較有興趣而又不知其解的朋友能有所啟迪。

　　一般說來，單片機(jī)演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機(jī)奏樂只需弄清楚兩個(gè)概念即可，也就是“音調(diào)”和“節(jié)拍”。音調(diào)表示一個(gè)音符唱多高的頻率，節(jié)拍表示一個(gè)音符唱多長(zhǎng)的時(shí)間。

　　在音樂中所謂“音調(diào)”，其實(shí)就是我們常說的“音高”。在音樂中常把中央C上方的A音定為標(biāo)準(zhǔn)音高，其頻率f=440Hz。當(dāng)兩個(gè)聲音信號(hào)的頻率相差一倍時(shí)，也即f2=2f1時(shí)，則稱f2比f(wàn)1高一個(gè)倍頻程, 在音樂中1(do)與 ，2(來)與 ……正好相差一個(gè)倍頻程，在音樂學(xué)中稱它相差一個(gè)八度音。在一個(gè)八度音內(nèi)，有12個(gè)半音。以1—i八音區(qū)為例，　12個(gè)半音是：1—#1、#1—2、2—#2、#2—3、3—4、4—#4，#4—5、5一#5、#5—6、6—#6、#6—7、7—i。這12個(gè)音階的分度基本上是以對(duì)數(shù)關(guān)系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個(gè)音符的音高，也就是其基本音調(diào)的頻率，我們就可根據(jù)倍頻程的關(guān)系得到其他音符基本音調(diào)的頻率。

　　知道了一個(gè)音符的頻率后，怎樣讓單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音呢?一般說來，常采用的方法就是通過單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)中斷，將單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I/O口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓蜂鳴器發(fā)出聲音，為了讓單片機(jī)發(fā)出不同頻率的聲音，我們只需將定時(shí)器予置不同的定時(shí)值就可實(shí)現(xiàn)。那么怎樣確定一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的定時(shí)值呢?以標(biāo)準(zhǔn)音高A為例：

　　A的頻率f = 440 Hz,其對(duì)應(yīng)的周期為：

　　T = 1/ f = 1/440 =2272μs

　　由上圖可知,單片機(jī)上對(duì)應(yīng)蜂鳴器的I/O口來回取反的時(shí)間應(yīng)為：

　　t = T/2 = 2272/2 = 1136μs

　　這個(gè)時(shí)間t也就是單片機(jī)上定時(shí)器應(yīng)有的中斷觸發(fā)時(shí)間。一般情況下，單片機(jī)奏樂時(shí)，其定時(shí)器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號(hào)為計(jì)數(shù)脈沖。設(shè)振蕩器頻率為f0，則定時(shí)器的予置初值由下式來確定：

　　t = 12 *(TALL – THL)/ f0

　　式中TALL = 216 = 65536,THL為定時(shí)器待確定的計(jì)數(shù)初值。因此定時(shí)器的高低計(jì)數(shù)器的初值為：

　　TH = THL / 256 = ( TALL – t* f0/12) / 256

　　TL = THL % 256 = ( TALL – t* f0/12) %256

　　將t=1136μs代入上面兩式(注意：計(jì)算時(shí)應(yīng)將時(shí)間和頻率的單位換算一致)，即可求出標(biāo)準(zhǔn)音高A在單片機(jī)晶振頻率f0=12Mhz，定時(shí)器在工作方式1下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的予置初值為 ：

　　TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH

　　TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H

　　根據(jù)上面的求解方法，我們就可求出其他音調(diào)相應(yīng)的計(jì)數(shù)器的予置初值。

　　音符的節(jié)拍我們可以舉例來說明。在一張樂譜中，我們經(jīng)常會(huì)看到這樣的表達(dá)式，如1=C 、1=G …… 等等，這里1=C,1=G表示樂譜的曲調(diào)，和我們前面所談的音調(diào)有很大的關(guān)聯(lián)， 、 就是用來表示節(jié)拍的。以 為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節(jié)拍，每一小結(jié)有三拍。比如：

　　其中1 、2 為一拍，3、4、5為一拍，6為一拍共三拍。1 、2的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)，3、4的時(shí)長(zhǎng)為八分音符的一半，即為十六分音符長(zhǎng)，5的時(shí)長(zhǎng)為四分音符的一半，即為八分音符長(zhǎng)，6的時(shí)長(zhǎng)為四分音符長(zhǎng)。那么一拍到底該唱多長(zhǎng)呢?一般說來，如果樂曲沒有特殊說明，一拍的時(shí)長(zhǎng)大約為400—500ms 。我們以一拍的時(shí)長(zhǎng)為400ms為例，則當(dāng)以四分音符為節(jié)拍時(shí)，四分音符的時(shí)長(zhǎng)就為400ms，八分音符的時(shí)長(zhǎng)就為200ms，十六分音符的時(shí)長(zhǎng)就為100ms。

　　可見，在單片機(jī)上控制一個(gè)音符唱多長(zhǎng)可采用循環(huán)延時(shí)的方法來實(shí)現(xiàn)。首先，我們確定一個(gè)基本時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)程序，比如說以十六分音符的時(shí)長(zhǎng)為基本延時(shí)時(shí)間，那么，對(duì)于一個(gè)音符，如果它為十六分音符，則只需調(diào)用一次延時(shí)程序，如果它為八分音符，則只需調(diào)用二次延時(shí)程序，如果它為四分音符，則只需調(diào)用四次延時(shí)程序，依次類推。

　　通過上面關(guān)于一個(gè)音符音調(diào)和節(jié)拍的確定方法，我們就可以在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)演奏音樂了。具體的實(shí)現(xiàn)方法為：將樂譜中的每個(gè)音符的音調(diào)及節(jié)拍變換成相應(yīng)的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍參數(shù)，將他們做成數(shù)據(jù)表格，存放在存儲(chǔ)器中，通過程序取出一個(gè)音符的相關(guān)參數(shù)，播放該音符，該音符唱完后，接著取出下一個(gè)音符的相關(guān)參數(shù)……，如此直到播放完畢最后一個(gè)音符，根據(jù)需要也可循環(huán)不停地播放整個(gè)樂曲。另外，對(duì)于樂曲中的休止符，一般將其音調(diào)參數(shù)設(shè)為FFH，F(xiàn)FH，其節(jié)拍參數(shù)與其他音符的節(jié)拍參數(shù)確定方法一致，樂曲結(jié)束用節(jié)拍參數(shù)為00H來表示。

　　下面給出部分音符(三個(gè)八度音)的頻率以及以單片機(jī)晶振頻率f0=12Mhz，定時(shí)器在工作方式1下的定時(shí)器高低計(jì)數(shù)器的予置初值 ：

　　C調(diào)音符

　　頻率Hz 262 277 293 311 329 349 370 392 415 440 466 494

　　TH/TL F88B F8F2 F95B F9B7 FA14 FA66 FAB9 FB03 FB4A FB8F FBCF FC0B

　　C調(diào)音符 1 1# 2 2# 3 4 4# 5 5# 6 6# 7

　　頻率Hz 523 553 586 621 658 697 739 783 830 879 931 987

　　TH/TL FC43 FC78 FCAB FCDB FD08 FD33 FD5B FD81 FDA5 FDC7 FDE7 FE05

　　C調(diào)音符

　　頻率Hz 1045 1106 1171 1241 1316 1393 1476 1563 1658 1755 1860 1971

　　TH/TL FB21 FE3C FE55 FE6D FE84 FE99 FEAD FEC0 FE02 FEE3 FEF3 FF02