[发明专利]一种低成本单片机的音乐生成方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及音乐生成技术领域，具体地，涉及一种低成本单片机的音乐生成方法及其生成系统。

背景技术

诸如无线呼叫器、无线门铃之类的电子设备实的音乐播放，一般采用低成本方案，即采用的硬件简单，CPU运行速度、存储空间有限，不适合也无法运行如MP3等标准的音频软件。此类电子设备的音乐一般以一定形式存储在本地，供需要的时候播放。主要有两种方案实现：1.如图1所示，专用的音乐芯片实现，即音乐数据存储在音乐芯片中，通过音乐芯片直接驱动喇叭播放音乐；2.如图2所示，单片机PWM实现，音乐数据(也就是乐谱的频率表和时延表)存储在单片机系统中，单片机IO口输出PWM信号，经过音频功放驱动喇叭,PWM信号的持续时间和占空比等参数由频率表和时延表决定。这两种方案中，第一种方案虽然实现简单，但会提高硬件成本及复杂度、增加功耗；两种方案都比较常用。但是，这两种方案有个共同的缺点：只能实现音乐播放，如果还需要播放语音等信号时，这两种硬件方案都无法实现。要播放语音，需要如图3所示的硬件构架。若采取这种方式播放音乐，需要用类似MP3之类的音频解码器，对CPU的运算能力要求比较高，同时需要非常大的存储空间存放音乐数据，这种要求只合适成本高，功耗大、运算能力强的嵌入式设备，不合适低成本的嵌入式设备。

发明内容

本发明的目的在于解决图3硬件的音乐播放问题。

为实现上述目的，本发明提供一种适用于低成本单片机的音乐生成方法，包括以下步骤：

S1.乐谱中的音符、节拍代表频率和时间信息,根据乐谱中的音符、节拍，生成对应的频率表和时延数据表；

S2.根据频率表和时延数据表，让单片机利用CORDIC快速算法生成相应频率周期信号的离散数据序列，而时延信息决定各个频率的离散数据的数量；

S3.把生成的离散数据，当作音频CODEC的采样数据，输入给音频CODEC，音频CODEC再驱动喇叭播放音乐。

这里，所述音频CODEC是指能够完成语音、音频信号AD/DA转换和A率、μ率编码的芯片，本发明只需要用到音频CODEC的AD/DA转换功能。

优选的，所述CORDIC快速算法，具体包括以下步骤：

S31.将旋转角度θ用弧度表示，因为任意角度三角函数求解都可以转换到(-π/2,π/2)这个范围内求解，这里，θ的范围限定在(-π/2,π/2)，需要求解的最大角度是π/2＝1.57075；

S32.如图4所示，在平面直角坐标系上，将点(x₁,y₁)沿坐标原点逆时针旋转θ角度到点(x₂,y₂),其代数表达式，即旋转方程为：

x₂＝x₁cosθ-y₁sinθ

y₂＝x₁sinθ+y₁cosθ

提出因子cosθ，旋转方程变为：

x₂＝x₁cosθ-y₁sinθ＝cosθ(x₁-y₁tanθ)

y₂＝x₁sinθ+y₁cosθ＝cosθ(y₁-x₁tanθ)

S33.去掉cosθ项，得到伪旋转方程：

这样，x与y的值分别增加1/cosθ倍，由于cosθ小于等于1，所以向量的模值变大1/cosθ倍，如图5所示；

S34.控制每次旋转角度θ_i的值，让tanθ_i＝2^-i,第i次伪旋转的坐标为：

d_i＝+/-1

这里，逆时针旋转d_i＝+1，顺时针旋转d_i＝-1；

S35.由于每次旋转中cosθ_i被忽略，经过n次旋转后，和被放大K_n倍，预先计算出n次伪旋转的副产物即伸缩因子K_n的值：