单片机播放音乐的基本知识及设计原理解析，使用单片机播放音乐或播放电子琴，实际上，根据特定的频率输出一系列方波。为了输出适当的方波，我们首先要知道音符和频率之间的关系。

1.音名

从常见的电子琴的键盘谈起。

在下表中，可以看到一列黑白相间的琴键(示意)。主要分成低音、中音和高音三个区域，每个区域都有12个琴键。其中的白键，简谱音符标为1、2、3、4、5、6、7，大家一般都读成哆、来、咪、发、嗦、拉、西。

2.频率

注意看一下几个6(拉)的频率，它们是整数，容易看出规律――是成2倍的关系。其它的音符，也有同样的规律。这些频率，如220、440等，它们在琴键上的位置是世界统一的，无论是钢琴、手风琴，还是电子琴，都是一样的。

包括黑键和白键在内的全部音符的频率数值，是成“等比数列”的关系，它们之间有个公比，可以按照“2倍”的规律推算出来。

已知最低音的6(拉)的频率是220，设公比为q，那么：7的频率就是220*q*q 。

乘了两个q，是因为6、7之间隔了个黑键。以此类推，两个6之间，共有12个琴键，所以：

低音区的6(拉)的频率就是：220*q*q*q*q*q*q*q*q*q*q*q*q = 440。

马上就可以看出，12个q相乘，等于： 440 / 220 = 2。

那么就可以求出公比：q = 2的12次方根 = 1.059463094。

用这个公比，和已知的220进行计算，可以得出全部琴键所对应的频率，如下表中所示。

3.定时初值

频率的倒数是周期，用单片机输出方波，应该在半个周期的时刻，将输出取反。

设单片机的晶振为12MHz，那么定时器将在1us进行一次加一，加到65536就会出现中断。据此，就可计算出定时器定时半个周期所需的初值，如下表中所示。4.音调数据表

单片机发出不同频率的方波，人听起来，就是不同的音调。

上表中的频率数值，有些过多，去掉不常用的黑键频率，只是把白键对应的数据存放在单片机中，即可满足绝大部分的应用需求。

定义音调数据表的程序如下：

DW 63625, 63833, 64019, 64104, 64260, 64400, 64524 ;低音区:1 2 3 4 5 6 7

DW 64580, 64685, 64778, 64820, 64898, 64968, 65030 ;中音区:1 2 3 4 5 6 7

DW 65058, 65110, 65157, 65178, 65217, 65252, 65283 ;高音区:1 2 3 4 5 6 7

DW 65297 ;超高音:1

把这个数据表，放在程序中，需要播音的时候，就从表中取出一个数据送到定时器，当定时器溢出中断的时候，再对输出引脚取反，那么，在扬声器中，即可听到上表中频率的声音。

单片机的基本发音实验

我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制单处机某个口线的“高”电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，接上喇叭就能发出一定频率的声音，若再利用延时程序控制“高”“低”电平的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。

例如，要产生200HZ的音频信号，按图1接入喇叭(若属临时实验，也可将喇叭直接接在P1口线上)，实验程序为：

其中子程序DEL为延时子程序，当R3为1时，延时时间约为20us，R3中存放延时常数，对200HZ音频，其周期为1/200秒，即5ms。这样，当P1.4的高电平或低电平的持续时间为2.5ms，即R3的时间常数取2500/20=125(7DH)时，就能发出200HZ的音调。将上述程序键入学习机，并持续修改R3的常数能感到音调的变化。乐曲中，每一音符对应着确定的频率，表1给出C调时各音符频率及其对应的时间常数。读者能根据表1所供给的常数，将其16进制代码送入R3，反复练习体会。根据表1能奏出音符。仅这还不够，要准确奏出一首曲子，必须准确地控制乐曲节奏，即一音符的持续时间。

音符的节拍我们能用定时器T0来控制，送入不一样的初值，就能产生不一样的定时时间。便如某歌曲的节奏为每分钟94拍，即一拍为0.64秒。其它节拍与时间的对应关系见表2。

但时，由于T0的最大定时时间只能为131毫秒，因此不可能直接用改变T0的时间初值来实现不一样节拍。我们能用T0来产生10毫秒的时间基准，然后设置一个中断计数器，通过判别中断计数器的值来控制节拍时间的长短。表2中也给出了各种节拍所对应的时间常数。例如对1/4拍音符，定时时间为0.16秒，对应的时间常数为16(即10H);对3拍音符，定时时间为1.92秒，对应时间长数为192(即C0H)。

我们将每一音符的时间常数和其对应的节拍常数作为一组，按次序将乐曲中的所有常数排列成一个表，然后由查表程序依次取出，产生音符并控制节奏，就能实现演奏效果。此外，结束符和体止符能分别用代码00H和FFH来表示，若查表结果为00H，则表示曲子终了;若查表结果为FFH，则产生对应的停顿效果。为了产生手弹的节奏感，在某些音符(例如两个相同音符)音插入一个时间单位的频率略有不一样的音符。

下面给出程序序清单，可直接在TD-III型学习机上演奏，对其它不一样型号的学习机，只需对应地改变一下地址即可。本程序演奏的是民歌“八月桂花遍地开”，C调，节奏为94拍/分。读者也能自行找出一首歌，按表1和表2给定的常数，将乐曲翻译成码表输入机器，而程序不变。本实验办法简便，即使不懂音乐的人，将一首陌生的曲子翻译成代码也是易事，和着机器的演奏学唱一首歌曲，其趣味无穷。