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在调试装置时需要一个稳定的声音源，想到之前买的有不少stc的MCU芯片，可以用它来产生几个声音信号。于是写了这个程序。 八音盒能产生七个不同的乐音，而音乐就是由这些基本乐音组合构成（有点脸红）。所以本例程就是个基于MCU的乐音产生程序。 用MCU产生一个乐音本身很简单，比如要产生一个110HZ的乐音，只要用MCU生成一个频率为110HZ的PWM方波，然后输出电路上加个一阶低通滤波器，驱动喇叭就听到声音了。 但当我们需要产生多个乐音时，就遇到一个问题，不同乐音的频率不同，需要的滤波器的参数就不一样，只用一个滤波器时，频率高的乐音会受到较大的衰减。结果低音很强，高音听不见了。 当然可以用七个不同的低通滤波器，应对七个频率，用一个cd4051进行选择，mcu输出不同频度时，控制cd4051接通不同的滤波器。不过这样硬件就多了几样。而且无法适应更多的频率。 常用解决办法是采用一个高频率的载波，然后把需要产生的声音频率信号调制到载波上。这样就节省了滤波器。这就是spwm波。它是一个脉冲宽度按正弦规律变化的PWM波。下面给出一个实现方法。 stc32g12k128具有硬件pwm功能。只要做好设置，它能自动产生符合设置频率和脉宽的PWM波，不需要占用MCU时间。我们只要合理控制它的脉宽变化，就能得到需要的SPWM波了。所以程序简单稳定。精度也很高。 我选择系统主频用24MHZ，载波频率为55*512=28160HZ。55为参考频率，512为对应该频率时正弦波表的点数。因为人耳可闻声频率上限20KHZ，所以这个频率不会对乐音产生干扰，同时它又能保证每个周期对应一个波点数据。最大限度的保证产生的声音的精度。对其它频率的乐音，载波频率不变，只改变正弦波表的点数。始终保证系统在最大精度上运行。该载波频率对应的周期设置值为：24000000/28161=852=0x0354 STC官方技术手册上有现成的产生spwm波的例程。就直接套用了，包括pwm设置和pwm中断服务。本例程主要是解决正统波表的生成，管理，使用。乐谱表的建立和使用。乐曲的播放管理。 对spwm波来讲，每个频率的正弦波都需要一组正统波表数据，建立正统波表时，我使用了软件 Spwm_calc.exe。 它的界面如图所示。中值采用420，幅值415，调制度0.98，在55HZ时的点数512.其它频率的点数值通过计算获得。产生了七组数据存放在头文件sin_table1.h里，每组数据的第一个数放的是本组数据的个数（也就是使用的点数）。第二个开始才是正弦波表的数据。也就是说。读波表数据要从第二个开始读。这是为了编程序简单方便。 系统设置了三个数组，一个是正弦波表，放在头文件里。第二个是波表索引数组u16 *sin_table_index[]，存放正弦波表的数据的地址，它是乐谱与正弦波表的过渡。第三个是乐谱数组 u8 music_score[33][3]。 乐谱表中一组数据有三个，第一个是音符名，程序根据它通过索引数组读取对应正弦波表。第二个是音组名。1是最低音，2是低音，3是中音4是高音，5是最高音。这个数据决定从波表中读取数据的数量，数据越少音频越高。比如读512个是最低音的6（la),那么读256个就是低音的6（la）,高了八度。频率高一倍。以此类推。这样七组波表数据可用以播放几十个乐音。第三个是音长(乐音的持续时间）。本例程只设置了三个数值，1是全音，2是半音,4 是4分音。仅用来展示一下音长管理的方法。想多加几个音长设置很容易。 例程中使用了四个中断服务： PWMA中断，基本照抄官方例程，用来产生spwm波。不同的是这里输出的正弦波频率不是固定的。所以读波表时不能用固定首地址。而是用了一个变量*p存放正弦波表首地址值，方便切换频率。 外中断int0控制程序运行，主要是把等待切换为运行。如果不用这个中断。可以让程序开机后就自动循环播放。在中断服务程序中。控制变量CC的值，从而影响主程序里语句 While(cc);的运行。 在调试时发现中断服务里改变cc值后，主程序里的while语句没有响应。接上stc-link1d仿真器后观察到，中断发生后cc值确实发生了变化，但while语句不理会，没有如预期的那样跳出死循环。把这个现象放到群里咨询时，有高人指出。这是由于keil编译不合理所致，解决的办法是声名变量CC时加一个限制符volatile。试了一下，果然解决了问题。 中断T1是避免按键振动产生干扰的延时。这两个都不重要，可以不用。 中断T0是核心，它控制一个乐音的播放时间，同时设定播放所需要的所有参数。各语句的作用在程序里做了注明。 void t0_sever() interrupt 1//确定一个音符的输出参数，包括乐音的持续时间，音高数据的地址，数据量，读取参数 { read_music_long(cnt);//读当前音符的播放时间，并设定对应的延时 pp2=music_score[cnt][1];//读取本音符的音组值，以确定读波表数据时的偏移量 pp3=pow(2,pp2);//计算本音符数据偏移量，在式中给pp2加整数能成倍提高输出频率 pp0=*sin_table_index[music_score[cnt][0]-1];///pp2;//读取本音符的数据量 pp1=(sin_table_index[music_score[cnt][0]-1]+1);//取本音符数据指针初值 p=pp1;//赋正弦数据指针初值 cnt++;//准备读下一个数据 if(cnt>33)//乐谱播放完成，这里的33是根据乐谱数据的参数设定的。如果改变乐谱数据量，这里要做对应变化，用小了不能完整播放，用大了会出错 { cc=0;//播放结束 ET0=0;//关中断 PWMA_IER = 0x00; //关中断 PWMA_ENO = 0x00;//关闭PWM输出
} } 音长子程序里有三个软件定时程序，是直接使用stc官方的软件延时工具产生的。全音用了一秒，半音0.5秒，四分音用0.25秒。 乐音播放所需要的控制参数都是在这个中断服务里确定的。PWM中断服务则负责按参数进行输出。 本例程的主程序很简单，包括系统设置和播放管理两项。直接列出来吧： void main(void) { mcu_initial();//mcu设置程序 //打开播放程序，播放完成后重新进入等待 while(1)//这个是重入语句 {
cc=1;//等待状态，由中断int0改变，如果使用cc=0；程序自动重复播放乐曲 while(cc); //初始化播放指针并开始播放 cnt=0;//把播放计数复位到开始位置 ET0=1; TR0 = 1; //定时器0开始计时 PWMA_IER = 0x01; //使能中断 PWMA_ENO |= 0x01; //使能输出 PWMA_ENO |= 0x02; //使能输出
cc=1; while(cc);//等待播放完成，由T0中断服务程序控制这里的CC值 } } 为听到产生的声音，我使用了唯创的PWM功率放大模块WT1312，它能把spwm信号变成推动喇叭的正弦信号并直接推动喇叭发声。其电路如图所示：把mcu的spwm输出端直接连上功放芯片的PWM输入端就行了。因电流较大。芯片电源单独接了一个4.2/3.7V锂电池。二者不需要共地。功放的输入阻抗是100K，对MCU输出要求很低。它的体积很小，又只用了一个电容，所以我直接用sop23-10/dip10转接板当功放板了。接好的板子如图。MCU部分电路没有特殊要求，使用最小系统板就行，我在实验中用了stc32g12k128的降龙棍系统板。音频播放和测试视频见附件。因为测试电路和这个八音盒程序都没使用晶振，所以会有些误差。效果整体还是很不错的。完整的程序见附件，欢迎大家批评指正。
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发表于 2023-5-12 16:36:22
发表于 2023-5-12 17:01:49
发表于 2023-5-12 17:10:36
