1 引言

　　基于RTX51的樂曲編輯發生器以AT89S52單片機為控制核心，操作者可以通過4×4矩陣鍵盤輸入約定格式的任意樂曲，按“播放”鍵后，系統便開始播放所編輯的樂曲，并且音調和節拍都可以由單片機精確控制。為了降低成本，在最小硬件設計的基礎上，系統的功能盡可能用軟件來實現，系統軟件是在面向MCS-51系列單片機的嵌入式實時多任務操作系統RTX51Tiny平臺上，用C51高級語言和MCS-51匯編語言混合編程而開發的。

　　2 系統硬件設計

　　為了今后能夠在線升級用戶應用程序，采用帶ISP接口的單片機AT89S52為核心構成樂曲編輯發生器。AT89S52具有快速8051內核、8 KB FlashE2PROM、256 B IDATA RAM，完全符合運行RTX51Tiny的硬件要求。筆者已研制了AT89S51／52的目標程序PC機下載軟件，無需編程器即可完成單片機應用系統的開發。

　　為了設計編輯任意樂曲的人機界面，采用4×4矩陣鍵盤作為系統的輸入設備，采用點陣式液晶顯示模塊TC1602A作為系統的輸出設備。為了存儲和讀出任意樂曲，采用帶I2C串行接口的E2PROM

存儲器AT24C02。為了放大單片機AT89S52產生的樂曲聲音，采用了功率放大器LM386。系統硬件電路原理圖如圖1所示。

　　3 樂曲編輯和播放的軟件實現

　　3.1 單片機產生音頻矩形脈沖的方法

　　利用單片機的內部定時器T1并使其工作在定時器工作方式1(16 bit定時)，改變T1的計數初值，就可以在單片機的I／O引腳端產生不同頻率的音頻矩形脈沖。

　　例如，音頻矩形脈沖信號的頻率為523 Hz，則其周期T=1／523=1912μs，因此，只要讓計數器定時1912μs÷2=956μs，當定時956μs到的時候，將AT89S52的樂曲輸出引腳P3.7反相，就可得到中音DO(523 Hz)。

　　單片機定時器計數初值T與單片機內部機器周期信號頻率Fi和音頻矩形脈沖信號頻率Fr的關系如下。

　　為了敘述方便，不妨把定時器計數初值T稱為簡譜碼。

　　3.2 樂曲的音調表示方法

　　單片機播放樂曲的過程，主要是用單片機來識別所編輯的樂曲并播放出來。單片機需要識別樂曲中的音調和音長(音長亦稱為節拍)，本設計用字母A～Z來代表樂曲的各個音調。數字0作為音調的結束標志，如表1所示。

　　3.3 樂曲編輯的軟件實現方法

　　在系統軟件設計時，已將按鍵處理作為一個任務即“按鍵處理任務”，它的主要功能是編輯樂曲。“按鍵處理任務”的執行需要“鍵盤掃描任務”向它發送信號來觸發執行。“按鍵處理任務”的C51源程序如下。

　　3.4 樂曲播放的軟件實現方法

　　在設計“播放任務”程序時，利用AT89S52內部的定時器T1定時溢出中斷來產生音調的頻率，并利用RTX51操作系統的os_wait2(K_TMO,ticks)函數來產生音長。“播放任務”的C51源程序如下：

　　3.5 系統軟件流程

　　根據對系統功能的分析，把系統軟件分解為5個任務，具體如下：

　　任務0：系統初始化任務，包括TC1602A的初始化、定時器T1的初始化、中斷初始化。在啟動任務1～任務4后，自動刪除任務0，使得任務0只在系統上電復位時執行一次。

　　任務1：鍵盤掃描任務。每隔50 ms執行1次，掃描所得的鍵值存于全局變量keycode，然后向“按鍵處理任務”發信號。

　　任務2：按鍵處理任務。等待信號，根據鍵值keycode完成相應處理，實現的功能包括樂曲的編輯、樂曲的保存和讀取等。

　　任務3：播放任務。等待信號，按照音調和音長播放樂曲。

　　任務4：顯示刷新任務。根據光標指針變量的值在液晶屏上顯示樂曲數據(音調和音長)。

　　系統軟件流程圖如圖2所示。

　　4 結束語

　　本文給出了以單片機AT89S52為核心構成的任意樂曲編輯發生器，具有硬件電路簡單、操作界面友好、使用方便的特點。該系統已投入運行，播放出來的樂曲效果良好，音調和節拍都由單片機控制得相當準確。