单片机实例分享，打造音乐频谱时钟

（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）

电路原理

下面我们按各功能模块逐一给大家介绍一下这个制作的电路原理吧。

图25.1 时钟显示效果

图25.2 频谱显示效果

1.电源部分

电源电路如图25.3所示。

图25.3 电源部分的电路

电源模块采用了一支很常见的7805稳压芯片，再加一大一小两个电容进行滤波，输入端直接买了个9V/1A的电源适配器，方便省事。7805额定输出电流1A，对于这样的小系统来说，已经完全够用了。实际使用下来，7805发热不太大，无需加装散热片。为了使用方便，我在7805的输入端加装了一个开关和一个红色LED，分别作为系统电源开关和指示灯。

2.时钟、温度部分

这部分电路如图25.4所示。单片机采用的是STC89C52RC，考虑到成本和功能性问题，时钟部分我没有单独买时钟芯片，直接使用内部定时器中断作为时钟源，这直接导致的结果就是时钟误差稍大。经测试，每24小时误差在1分钟左右，作为一个功能性的DIY作品，就饶了它吧，呵呵……温度传感器采用的也是常用的DS18B20，相信大家都很熟悉。3个功能按键分别是时钟(闹铃)小时调整、时钟(闹铃)分钟调整和时钟/闹铃切换。

图25.4 时钟、温度部分的电路

为了跟“频谱”切题，时钟、温度的显示没有采用传统的数字表示，而是分别把时钟的小时、分钟的十位和个位分别用点来表示，每两列表示一位，每行表示一点，左下角是时钟，右上角是温度。是不是有点晕乎呢?其实只要你看了实物就会觉得很简单，文字的确不是很好表达。时钟没有单独设置“秒”的显示，为了增强显示效果，我特地在右下角设置了沙漏下落效果，每一秒钟下落一行。

3.频谱分析部分

电路如图25.5所示。这部分的制作跟“五色LED频谱”是一样的原理，都是把音频信号经AD采样，用快速傅里叶变换求出频点的幅值，再根据幅值大小来驱动相应的LED。只不过我设计的是每次采128个点，最后十六分频而已。单片机采用的是STC12C5A60S2，已经在信号输入端加了47pF的电容滤波，但还是发现有噪声。可能是因为使用的是洞洞板，还有就是走线过长的缘故。我试着加大了电容再次滤波，但直接导致低频响应变差，鉴于噪声不是很严重，最后只好作罢，将就一下了。

图25.5 频谱分析部分的电路

4.WAV 音乐播放部分

电路如图25.6所示。这部分应该是整个系统里面最复杂的了，WAV音乐播放部分是在数码之家论坛hit00版主的“WAV播放器”的基础上修改而来的。单片机选用的是STC12C5616AD，虽然该单片机自带有SPI接口，在一定程度上已经简化了程序，但SD卡文件的操作确实有难度。原来的程序里带有语音，受到单片机存储空间的限制，语音质量太差，没有“暂停”及”上一曲”功能。我去掉了语音，增加了暂停及上一曲功能。其中暂停功能的实现花了我不少时间，本来想当暂停的时候就让单片机进入死循环，开始的时候再跳出来，结果试了以后发现完全不是那么回事。单片机PWM信号的输出本来就用的中断，单片机进不进入死循环，中断还是一样的工作。要不就让它在暂停的时候掉电或是待机什么的呢?好吧，查STC12C5616AD的手册。一看手册我笑了，PCON电源控制寄存器不正是我想找的吗，单片机进入掉电模式，单片机状态维持当前值，呵呵……问题解决。功放部分采用了LM386功放芯片，直接引用了网上LM386的典型应用电路。

图25.6 WAV音乐播放部分的电路

5.显示部分

电路如图25.7所示。为了能有好的显示效果，显示部分用的是32×16的高亮度聚光蓝色LED组成的点阵屏，1kΩ电阻限流。全过程手工焊接，可能我焊得慢，整整焊了一晚上。焊接状态与电路细节如图25.8、图25.9所示。

图25.7 显示部分的电路

由于时钟部分跟频谱分析部分共用点阵屏，所以必须考虑两路信号的隔离分时显示。还有就是32列LED的列驱动问题。信号的隔离分时显示我用的是74HC573锁存器，通过控制OE端口将需要显示的信号线路的74HC573选通，而将另外一组信号通过74HC573的高阻态实现隔离。LED的列驱动选用的是74HC154(4线—16线译码器)，只需一组I/O口就可实现32列LED的列驱动了。

到此，整个系统的介绍就完了，在这里特别感谢数码之家论坛的hit00版主在制作过程中给予的大力帮助。图25.10就是这个实物作品的全家福。

为了尽量减少干扰和连线，整个板子电源全是用焊锡走的线。信号线采用杜邦线和插针连接，方便调试。

虽然制作时觉得挺累，但当看到自己做的东西“跑”起来那一刻，就什么都值了，我相信每一个DIY爱好者都会有这种感觉吧，也许这就是DIY的乐趣。相关源程序可到qq群657864614进行下载。

图25.8 焊接状态

图25.9 电路细节

图25.10 完成的电路板实物

划重点：现收集整理了1300G电子技术资料，一口价68元，需要的朋友可以私聊我!

51单片机产生PWM方法

89C51芯片没有自带PWM发生器，如果要用51来产生PWM波就必须要用软件编程的方法来模拟。方法大概可以分为软件延时和定时器产生两种方法。下面将逐一介绍。

1 软件延时法

利用软件延时函数，控制电平持续的时间，达到模拟pwm的效果。

程序如下：

#include<reg52.h>sbit pwm=P1^0;main(){while(1){ pwm=1;delayus(60);//置高电平后延时60us，占空比60%pwm=0;delayus(40);}}void delayus(uint x){while(x--);}

proteus软件仿真结果如下：

可见，用这种延时函数的方法就能简单地模拟出pwm输出。但是这种方法的缺点也相当明显。当程序除了要输出pwm波还要执行其他操作比如键盘扫描、显示等操作时，需要占用CPU一定的机器周期，这样就会影响pwm的准确度。现在很少会用到这种方法，接下来要介绍的是比较常用的方法。

2 定时器产生pwm

这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的pwm波形。

2.1 注意事项

2.2.1中断服务程序的内容。

一般来说中断服务程序只完成改变标志位、转换高低电平的功能，如果中断服务程序中有太多的操作会影响pwm波的输出，尤其是除法、取余、浮点数运算会占用大量的机器周期，应在中断外完成运算。2.2.2定时器装入初值的问题。

装入初值不能太接近于定时器的溢出值。如我们使用定时器方式1，最多能计65536个数，假设我们转入的初值为65534，那么定时器计两个数就会进入中断，这样会使程序紊乱而其他功能无法正常地执行，所以一般要留50-100个数的裕量。

2.2 定时器工作方式

在定时器工作方式的选择上，可以选择定时器的工作方式0、1、2都可以，本文采用的是工作方式1，即16位定时器，这样可以获得较宽的调频范围。

2.3 定时器初值的计算

设占空比为α，频率为f

产生高电平时装入定时器高8位的值应为

产生高电平时装入定时器低8位的值应为

显然，产生低电平时的公式只要把α换成（1-α）就行了。

然而在51单片机中，浮点数运算需要消耗cpu很长的时间，为了提高程序效率，通常用100倍的占空比来计算。同时，要注意数据类型，避免超出范围，影响计算结果。关于C51的乘除法问题，可以看以下这篇文章：http://blog.163.com/ssou_1985/blog/static/295320362010311102232210/

修改后的公式如下：a为100倍占空比，fr为0.01倍频率TH0 = (65535-a*100/fr)/256; //高位初值TL0 = (65535-a*100/fr)%256;同样，低电平的公式只需把a换成（100-a）即可。

2.4 例程

本例程采用定时器T0在工作方式1下产生一路PWM，用独立键盘控制频率、占空比的加减，频率可调范围100Hz-10kHz，占空比0-100%（均为理论值，实际值略低）部分代码如下：