音符与频率关系小结

  乐曲中不同的音符实质上表示的是不同频率的声音。

 在单片机中要发出不同频率的声音，只要产生不同频率的脉冲，再通过喇叭等播放出来即可。又由于方波容易用定时器产生，故一般单片机使用方波脉冲。

        （1） 单片机产生不同频率脉冲信号的原理：

        要产生音频脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。（可根据下图理解）

  

    
       以8051单片机为例（8051单片机的定时器每次计数时间为1us）。利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下，改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法如下：
      例如，频率为523Hz，其周期为1/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。

   其计数值N可以根据以下公式得到：

   2N=Fi/Fr   （Fi为内部时钟频率，Fr为对应音符频率）

   而单片机定时器所需的预计数值  T=65536-N=65536-Fi/2/Fr

   

计算举例：
设F=1000000=Fi=1MHz，求低音DO（261Hz）、中音DO（523Hz）、高音DO（1046Hz）的计数值。
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-500000/Fr
低音DO的T=65536-500000/262=63627
中音DO的T=65536-500000/523=64580
高音DO的T=65536-500000/1047=65059

 

附表：音符与频率对应表

（“#”表示半音，用于上升或下降半个音）

表9.1  C调各音符频率与计数值T的对照表

音符   频率（Hz） 简谱码T值    

低1DO  262  63628           
#1DO#  277  63731           
低2RE  294  63835           
#2RE#  311  63928           
低3M   330  64103           
低4FA  349  64103           
#4FA#  370  64260           
低5SO  392  64260           
#5SO#  415  64331            
低6LA  440  64400          
#6     466  64463              
低7SI  494  64524           
中1DO  523  64580        

#1DO#  554 
中2RE  578  FC9F;
#2RE#  622 
中3MI  659  FD09;
中4FA  698  FD34
#4FA#  740
中5SO  784  FD82
#5SO#  831
中6LA  880  FDC8
#6LA#  932
中7SI  988  FE06

 

         （2）节拍

       每个音符使用1个字节，字节的高4位代表音符的高低，低4位代表音符的节拍，下表为节拍码的对照。但如果1拍为0.4秒，1/4拍是0.1秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设1/4节拍为1DELAY，则1拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得1/4拍的DELAY时间，其余的节拍就是它的倍数，如下表为1/4和1/8节拍的时间设定。   

     
        表9.2  节拍码对照表
1/4节拍 1/8节拍
节拍码 节拍数 节拍码 节拍数
1 1/4拍 1 1/8拍
2 2/4拍 2 1/4拍
3 3/4拍 3 3/8拍
4 1拍 4 1/2拍
5 1又1/4拍 5 5/8拍
6 1又1/2拍 6 3/4拍
7 1又3/4拍 7 7/8拍
8 2拍 8 1拍
9 2又1/4拍 9 1又1/8拍
A 2又1/2拍 A 1又1/4拍
B 2又3/4拍 B 1又3/8拍
C 3拍 C 1又1/2拍
D 3又1/4拍 D 1又5/8拍
E 3又1/2拍 E 1又3/4拍
F 3又3/4拍 F 1又7/8拍

    节拍延时参考：

       曲调            1/4拍的延迟时间             1/8拍的延迟时间
      4/4              125ms                         62ms                                
      3/4              187ms                         94ms
      2/4              250ms                         125ms