摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，嵌入式技術(shù)也日趨成熟，并已經(jīng)逐步發(fā)展成了比較關(guān)鍵的一門技術(shù)學(xué)科。文章介紹的是一個基于arm9處理器簡易音樂盒的設(shè)計及其實(shí)現(xiàn)方案，采用的是s3c2410處理器芯片。通過對樂譜音節(jié)和節(jié)拍的混排方式進(jìn)行編碼來實(shí)現(xiàn)樂曲播放的功能。

關(guān)鍵詞：arm；嵌入式技術(shù)；s3c2410；音樂盒

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)，尤其計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，并逐步發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。Arm即advanced RISC machines，雖然是一個公司的名字，它代表的是一項技術(shù)，是一類微處理器的統(tǒng)稱。它具有這樣的一些特點(diǎn)：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；指令長度固定。因而在工業(yè)、軍事國防、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)電子中能夠處處看到嵌入式技術(shù)arm的應(yīng)用。

2 音樂盒設(shè)計

隨著人類社會的發(fā)展進(jìn)步，人們對視聽方面的享受也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的音樂盒大多是機(jī)械型的，一般是由一小片集成電路塊構(gòu)成，一旦接通電源，即可播放優(yōu)美、動聽的樂曲，然而這樣的音樂盒只能重復(fù)播放一個指定的、單一的曲目，不能按照人們的要求，播放出每個人喜歡的樂曲。文章所設(shè)計的音樂盒，不僅能夠存儲樂曲，還可以根據(jù)自身的需要和愛好將自己喜愛的曲目添加進(jìn)去，只需要經(jīng)過簡單的編程即可。

2.1 音樂盒的設(shè)計原理

我們知道頻率決定音調(diào)，根據(jù)十二平均律，有如圖1的音階圖對應(yīng)關(guān)系：相鄰之間的兩個音位半音的關(guān)系。圖中每一格為一個半音，通過圖1中的公式，可以求出它們之間各個音的頻率。文章通過《祝你生日快樂》樂曲來描述簡易音樂盒的設(shè)計?！蹲Ｄ闵湛鞓贰窐非囊綦A為F，F(xiàn)調(diào)音階與頻率的關(guān)系如表1所示。也就是說，只要能夠產(chǎn)生所對應(yīng)的頻率振蕩信號，再經(jīng)過放大器放大，再將放大的信號傳到揚(yáng)聲器，就可聽到動聽優(yōu)美的音樂。但音樂的長短都是由有一定規(guī)律組織起來的一個音組成，所以必須還要控制好每個音的播放時間，通常節(jié)拍和曲調(diào)的時間都是有其一定的對應(yīng)關(guān)系?！蹲Ｄ闵湛鞓贰窐非喿V如圖2所示。

若f1距f2有n個半音，則計算公式為：n個半音=1/12*log2（f1/f2），若f1f2則n>0。

圖1 音階圖

2.2 硬件設(shè)計

在硬件設(shè)計方面筆者所采用的是arm9系列s3c2410處理器芯片，這也是整個音樂盒的核心部分。由s3c2410處理器芯片的定時器0來控制GBP0引腳輸出不同頻率的方波，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生每個音符所對應(yīng)的頻率振蕩信號，再經(jīng)過Q1的放大，傳至揚(yáng)聲器播放樂曲。在設(shè)計中，我們所采用的蜂鳴器為無源蜂鳴器。（如圖3）

圖3 硬件結(jié)構(gòu)圖

2.3 軟件設(shè)計

曲譜中不僅包含有音名信息，還包含有節(jié)拍信息。所以我們對曲譜進(jìn)行編碼時所采用的是一種音名和節(jié)拍混排的方式。在程序設(shè)計方面，主要涉及以下因素：根據(jù)音樂簡譜中的低、中、高音的各自7個音符對應(yīng)的頻率，設(shè)置Timer0工作頻率為1MHz，根據(jù)樂曲簡譜圖和音階與頻率的對照表得到每個音符所對應(yīng)的頻率，計算出產(chǎn)生該音符所對應(yīng)頻率的PWM信號所需的計數(shù)初值，然后用一個數(shù)組1來存放這些計數(shù)初值?？紤]到每個節(jié)拍的延時時間的不同，設(shè)置一個基礎(chǔ)的延時時間，每個節(jié)拍的延時時間都是該基礎(chǔ)延時時間的整數(shù)倍。用延時函數(shù)來實(shí)現(xiàn)音長，函數(shù)的傳遞參數(shù)作為音長單位，將其用一個數(shù)組2來存放。根據(jù)不同樂曲的簡譜，用一個數(shù)組3按照其播放順序依次存放每個音符在數(shù)組1中的位置和其對應(yīng)音長在數(shù)組2中的位置。通過依次調(diào)用數(shù)組3中的元素，來實(shí)現(xiàn)音樂的播放。

3 結(jié)束語

文章提出了一個簡易音樂盒的設(shè)計方案及實(shí)現(xiàn)思路，僅用到s3c2410處理器芯片的定時器功能，涉及硬件資源較少，采用音節(jié)和節(jié)拍的一個混排方式進(jìn)行編碼，可以節(jié)省內(nèi)存空間。人們可以根據(jù)自己的愛好興趣存儲、播放自己喜愛的樂曲。

參考文獻(xiàn)

[1]劉衛(wèi)鋒，等.音樂與教學(xué)[J].數(shù)學(xué)通報，2005（4）.

[2]曹麗燕.基于單片機(jī)的音樂盒設(shè)計[J].信息與電腦，2010.

作者簡介：徐禮國（1984-），男，碩士研究生，主要從事電子技術(shù)研究。