聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲,，若能利用程序來(lái)控制單片機(jī)某個(gè)口線不斷的輸出“高”“低”電平,，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的方波，將該方波接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音,，若再利用程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間,，就能改變輸出波形的頻率，從而改變音調(diào),。

　　樂(lè)曲中,，每一音符對(duì)應(yīng)著確定的頻率，表1給出C調(diào)時(shí)各音符頻率,。如果單片機(jī)某個(gè)口線輸出“高”“低”電平的頻率和某個(gè)音符的頻率一樣,，那么將此口線接上喇叭就可以發(fā)出此音符的聲音。

　　本系統(tǒng)就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì),，對(duì)于AT89C2051單片機(jī)來(lái)說(shuō)要產(chǎn)生一定頻率的方波大致是先將某口線輸出高電平然后延時(shí)一段時(shí)間再輸出低電平,，如此循環(huán)的輸出就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的方波，通過(guò)改變延時(shí)的時(shí)間就可以改變輸出方波的頻率,，而單片機(jī)延時(shí)主要有兩種方法：

　　第一種方法是使用循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí),，讓單片機(jī)循環(huán)的執(zhí)行某條指令然后根據(jù)單片機(jī)每條指令運(yùn)行的時(shí)間以及循環(huán)的次數(shù)來(lái)計(jì)算延時(shí)時(shí)間。如下所示：

　　在上面的延時(shí)程序中可以看出：DJNZ指令執(zhí)行時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期,，MOV指令執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)機(jī)器周期,，對(duì)于單片機(jī)的晶振頻率為12MHz時(shí)機(jī)器周期為1μs。因此可以根據(jù)這些指令的執(zhí)行時(shí)間和每條指令的循環(huán)次．?dāng)?shù)計(jì)算出以上的延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間大約為50ms,。但這種方法的計(jì)算的延時(shí)時(shí)間不是很準(zhǔn)確并且為達(dá)到一定的延時(shí)時(shí)間先必須進(jìn)行很復(fù)雜的運(yùn)算。所以在延時(shí)時(shí)間要求不嚴(yán)格的時(shí)候才采用這種方法,。但對(duì)于電子琴電路由于每個(gè)音符的頻率值要求比較嚴(yán)格,，變化范圍不能太大，因此產(chǎn)生方波的頻率也要求比較嚴(yán)格,，不能采用延時(shí)程序來(lái)產(chǎn)生此方波,。

　　第二種方法是使用單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器延時(shí)。AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0和T1,，單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器實(shí)際上是個(gè)計(jì)數(shù)裝置它既可以對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)也可以對(duì)外部輸入的脈沖計(jì)數(shù),，對(duì)內(nèi)部晶振計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為定時(shí)器，對(duì)外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí)稱(chēng)為計(jì)數(shù)器,。當(dāng)對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部晶振驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)時(shí),，每個(gè)機(jī)器周期定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU,；對(duì)外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí),，外部時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)鐘上升沿定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就加1,，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢并通知單片機(jī)的CPU。因此,，如果知道單片機(jī)的機(jī)器周期或者外部輸入時(shí)鐘信號(hào)的周期,，單片機(jī)就可以根據(jù)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)的時(shí)間。用此方法定時(shí)十分準(zhǔn)確,，想得到多大的延時(shí)時(shí)間就可以給定時(shí)器賦一定的計(jì)數(shù)初值,，定時(shí)器從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開(kāi)始不斷增1當(dāng)增加到計(jì)數(shù)最大值時(shí)計(jì)數(shù)完畢，調(diào)整計(jì)數(shù)初值的大小就可以調(diào)整定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間,，從而達(dá)到準(zhǔn)確的延時(shí),。本系統(tǒng)中就采用第二種方法通過(guò)定時(shí)/計(jì)數(shù)器延時(shí)。

　　本系統(tǒng)的具體電路如右圖所示,。圖中P1．1-P1．7分別接7個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)著樂(lè)曲中的1,、2、3,、4,、5、6,、7七個(gè)音符,。P3．6口通過(guò)功率放大芯片LM386與喇叭相連。當(dāng)P1．1～P1.7中有一個(gè)按鍵按下時(shí)單片機(jī)便執(zhí)行相應(yīng)的子程序?qū)Χ〞r(shí)器賦一個(gè)計(jì)數(shù)初值同時(shí)使P3．6口輸出高電平,。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)結(jié)束時(shí)將P3．6口的值取反并重新賦計(jì)數(shù)初值繼續(xù)計(jì)數(shù),，再次計(jì)完時(shí)再將P3．6口的值取反再賦初值計(jì)數(shù)，如此循環(huán)便在P3．6口產(chǎn)生一定頻率的方波,，LM386將此方波經(jīng)過(guò)功率放大后通過(guò)喇叭輸出便產(chǎn)生對(duì)應(yīng)音符的聲音,。按不同的按鍵單片機(jī)便執(zhí)行不同的子程序給定時(shí)器賦不同的初值得到不同頻率的方波從而輸出不同的聲音，因此按一個(gè)按鍵輸出一種音符,。
在單片機(jī)的特殊功能寄存器中有6個(gè)寄存器(TH1,、TH0、TL1,、TL0,、TMOD、TCON)是用來(lái)控制單片機(jī)的定時(shí)器的,，通過(guò)編程對(duì)這些特殊功能寄存器的讀寫(xiě)就可以控制單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器T0,、T1。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)這6個(gè)寄存器默認(rèn)值都是00H,。

　　(一)定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式及控制字

　　特殊功能寄存器中TMOD和TCON是定時(shí)器的方式控制寄存器,。圖2為T(mén)MOD寄存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖3為T(mén)CON寄存器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。TMOD和TCON是寄存器的名稱(chēng),，我們?cè)趯?xiě)程序時(shí)就可以直接用這個(gè)名稱(chēng)來(lái)指定它們,，當(dāng)然也可以直接用它們的地址89H和88H來(lái)指定它們(其實(shí)用名稱(chēng)也就是直接用地址，匯編軟件幫你翻譯一下而已),。

　　從圖2中可以看出,，TMOD被分成兩部份，每部份4位,。分別用于控制T1和T0,。

　　從圖3中可以看出，TCON也被分成兩部份,，高4位用于定時(shí)／計(jì)數(shù)器,，低4位則用于中斷。

　　單片機(jī)定時(shí)／計(jì)數(shù)器有四種工作方式,，方式0,、方式1、方式2,、方式3,，除方式3外，T0和T1有完全相同的工作狀態(tài),，下面以T1為例,，分述各種方式的特點(diǎn)和用法。圖4為定時(shí)／計(jì)數(shù)器T1在工作方式0下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,。

 　　從圖4中可以看出計(jì)數(shù)脈沖要進(jìn)入計(jì)數(shù)器TR1(或TR0)要為1,，開(kāi)關(guān)才能合上，脈沖才能過(guò)來(lái),。因此,，TR1(O)稱(chēng)之為運(yùn)行控制位，可用指令SErB來(lái)置位以啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,，定時(shí)器運(yùn)行,，用指令CLR來(lái)關(guān)閉定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器后,，計(jì)數(shù)脈沖加到TL1的低5位，從預(yù)先設(shè)置的計(jì)數(shù)初值開(kāi)始不斷增1,。TL1計(jì)滿(mǎn)后,，向THl進(jìn)位。當(dāng)TL1和TH1都計(jì)滿(mǎn)后,，置位T1的定時(shí)器回零標(biāo)志TF1,，從此表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)次數(shù)已到，單片機(jī)可以根據(jù)標(biāo)志位判斷定時(shí)器的狀態(tài)，從而執(zhí)行相應(yīng)的程序,。

　　1．工作方式0

　　定時(shí)器,，計(jì)數(shù)器的工作方式O稱(chēng)之為13位定時(shí)／計(jì)數(shù)方式。它由TL(1／0)的低5位和TH(0/1)的8位構(gòu)成13位的計(jì)數(shù)器,，此時(shí)TL(1／0)的高3位未用,。

　　對(duì)于定時(shí)器的工作模式可以根據(jù)定時(shí)器的寄存器TMOD來(lái)設(shè)置：

　　①M(fèi)1M0：定時(shí)／計(jì)數(shù)器共有四種工作方式,，就是用M1M0來(lái)控制的,，2位正好是四種組合。

　?、贑／T：定時(shí)／計(jì)數(shù)器即可作定時(shí)用也可用計(jì)數(shù)用,，如果C/T為O就是用作定時(shí)器(開(kāi)關(guān)往上打)，如果C／T為1就是用作計(jì)數(shù)器(開(kāi)關(guān)往下打),。一個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器同一時(shí)刻要么作定時(shí)用,，要么作計(jì)數(shù)用，不能同時(shí)用的,。

　?、跥ATE：當(dāng)我們選擇了定時(shí)或計(jì)數(shù)工作方式后，定時(shí)／計(jì)數(shù)脈沖卻不一定能到達(dá)計(jì)數(shù)器端,，中間還有一個(gè)開(kāi)關(guān),，顯然這個(gè)開(kāi)關(guān)不合上，計(jì)數(shù)脈沖就沒(méi)法過(guò)去,，那么開(kāi)關(guān)什么時(shí)候過(guò)去呢?有兩種情況

　　GATE=0,，分析一下邏輯，GATE非后是1,，進(jìn)入或門(mén),，或門(mén)總是輸出1，和或門(mén)的另一個(gè)輸入端INT1無(wú)關(guān),，在這種情況下,，開(kāi)關(guān)的打開(kāi)、合上只取決于TR1,，只要TR1是1,，開(kāi)關(guān)就合上，計(jì)數(shù)脈沖得以暢通無(wú)阻,，而如果TR1等于0則開(kāi)關(guān)打開(kāi),，計(jì)數(shù)脈沖無(wú)法通過(guò)，因此定時(shí)／計(jì)數(shù)是否工作,，只取決于TR1,。

　　GATE=1，在此種情況下，計(jì)數(shù)脈沖通路上的開(kāi)關(guān)不僅要由TR1來(lái)控制,，而且還要受到INT1引腳的控制,，只有TRl為1，且INT1引腳也是高電平,，開(kāi)關(guān)才合上,，計(jì)數(shù)脈沖才得以通過(guò)。這個(gè)特性可以用來(lái)測(cè)量一個(gè)信號(hào)的高電平的寬度,。

　　2．工作方式1

　　工作方式1是16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)方式,，將M1M0設(shè)為01即可，其它特性與工作方式0相同,。

　　3：工作方式2

　　8位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式,。由TL1構(gòu)成8位計(jì)數(shù)器，TH1僅用來(lái)存放時(shí)間常數(shù),?？磮D5所示，每當(dāng)計(jì)數(shù)溢出,，就會(huì)打開(kāi)T(0/1)的高,、低8位之間的開(kāi)關(guān)，計(jì)預(yù)置數(shù)進(jìn)入低8位,。這是由硬件自動(dòng)完成的,，不需要由人工干預(yù)。通常這種式作方式用于波特率發(fā)生器,，用于這種用途時(shí),，定時(shí)器就是為了提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。計(jì)數(shù)溢出后不需要做事情,，要做的僅僅只有一件,，就是重新裝入預(yù)置數(shù)，再開(kāi)始計(jì)數(shù),，而且中間不要任何延遲,，可見(jiàn)這個(gè)任務(wù)用工作方式2來(lái)完成是最妙不過(guò)了。

　　4．工作方式3

　　2個(gè)8位的計(jì)數(shù)器,，只適合于定時(shí)器0,。這種式作方式之下，定時(shí)／計(jì)數(shù)器0被拆成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)／計(jì)數(shù)器來(lái)用,。其中,，TL0可以構(gòu)成8位的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的工作方式，而THO則只能作為定時(shí)器來(lái)用,。我們知道作定時(shí)、計(jì)數(shù)器來(lái)用需要控制位TR0，計(jì)滿(mǎn)后溢出需要有溢出標(biāo)記TF0,。T0被分成兩個(gè)來(lái)用,，那就要兩套控制及溢出標(biāo)記，TLO還是用原來(lái)的T0的標(biāo)記,，而TH0則借用T1的標(biāo)記,。如此T1就無(wú)標(biāo)記、控制可用因此一般只有在T1以工作方式2運(yùn)行(當(dāng)波特率發(fā)生器用)時(shí),，才讓T0工作于方式3的,。

　　(二)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的定時(shí)／計(jì)數(shù)范圍

　　工作方式O：13位定時(shí)／計(jì)數(shù)方式，因此,，最多可以計(jì)到2^13,，也就是8192次。對(duì)于12MHz的晶振,，單片機(jī)的機(jī)器周期是1us,。則工作方式0最大定時(shí)時(shí)間是8.192us。

　　工作方式1：16位定時(shí)／計(jì)數(shù)方式,，因此,，最多可以計(jì)到2^16，也就是65536次,。對(duì)于12MHz晶振,工作方式1最大定時(shí)時(shí)間是65536μs,。

　　工作方式2和工作方式3，都是8位的定時(shí)／計(jì)數(shù)方式,，因此,，最多可以計(jì)到2^8，也說(shuō)是256次,。對(duì)于12MHz晶振,工作方式1最大定時(shí)時(shí)間是256μs,。

　　計(jì)數(shù)初值的計(jì)算方法：用最大計(jì)數(shù)量減去需要的計(jì)數(shù)次數(shù)即可。例：如果T0運(yùn)行于定時(shí)狀態(tài),，單片機(jī)的晶振是12MHz,，要求定時(shí)lOOus，那么定時(shí)器要計(jì)100個(gè)機(jī)器周期,，當(dāng)TO工作在工作方式O時(shí)計(jì)數(shù)初值應(yīng)該是8192—100=8092,；工作在方式1時(shí)的計(jì)數(shù)初值應(yīng)該是65536-100=65436；工作在方式2,，3時(shí)的計(jì)數(shù)初值應(yīng)該是256—100=156,。

　　系統(tǒng)軟件流程圖如圖所示

 　　開(kāi)機(jī)時(shí)。第一步是對(duì)定時(shí)器T0進(jìn)行初始化,，設(shè)定它的工作狀態(tài)(對(duì)于本系統(tǒng)將T0設(shè)定為工作方式O),；然后判斷是否有鍵按下,，如果沒(méi)有按鍵按下，繼續(xù)判斷,，如果有按鍵按下,，則判斷是哪個(gè)鍵按下；再根據(jù)按鍵的功能將計(jì)數(shù)初值裝入定時(shí)器T0中中并啟動(dòng)T0,，當(dāng)T0定時(shí)完畢后,，重新裝入計(jì)數(shù)初值繼續(xù)定時(shí)并將P3．6取反，再次定時(shí)完畢后再一次的裝入計(jì)數(shù)初值繼續(xù)定時(shí)并將P3．6取反,，一直循環(huán)此操作直到按鍵釋放為止,，按鍵釋放后停止T0工作并再次判斷是否又有按鍵按下，并繼續(xù)執(zhí)行以前的過(guò)程,。

　　定時(shí)器T0工作在方式0,，13位計(jì)數(shù)方式所以最大的計(jì)數(shù)次數(shù)為2^13=8192次，由于單片機(jī)的晶振是12MHz則機(jī)器周期是1μs,，即定時(shí)器最大可以定時(shí)8192μs,。各個(gè)音符周期的一半即高電平或低電平持續(xù)的時(shí)間就是定時(shí)器需要定時(shí)的時(shí)間，所以對(duì)于各個(gè)音符的計(jì)數(shù)初值計(jì)算方法如下：

設(shè)音符的頻率為f,，則計(jì)數(shù)初值=8192一各個(gè)音符的周期=8192-

　　計(jì)數(shù)初值如表2所示：