stm32f103電子琴課設報告 終極版(1)

1、 單片機課程設計 題目：實現(xiàn)簡易電子琴 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 2016年6月26日簡易電子琴的設計與實現(xiàn)摘要: 本次設計是利用單片機設計簡易電子琴。 其主要功能為：按下不同按鍵，發(fā)出不同1 、2 、3、4 、5 、6 、7 七個音符并且用LED 或LCD顯示當前按鍵。選用stm32f103VE，它有8個定時器，部分定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入。利用芯片內(nèi)部相關定時器來輸出PWM，從而來驅動蜂鳴器。通過讀取外部按鍵輸入的值來相應改變定時器相關寄存器的值，從而來改變PWM的輸出頻率來達到發(fā)出不同音調(diào)。 關

2、鍵詞: STM32f103VE；蜂鳴器；定時器The Design of the KeyboardAbstract: This design is the professional direction of biomedical engineering design. Using Single Chip Microcomputer to achieve a simple Keyboard. Its main function is: While a user press the different keys, it will make different sounds from the buz

3、zer and display different numbers which corresponded to the sounds. Using stm32f103- -C8T6 as control chip. It has16-bit timers. Some of them with up to 4 IC/OC/PWM or pulse counter. Making use of the Timers to generate driving signal .By reading the state of the external key to change the frequency

4、 of output . Different frequency of the PWM will control buzzer makes different sounds.Key words: STM32f103; signal; Timer 一 、設計目的：通過本次綜合設計，旨在運用已經(jīng)學過的知識，根據(jù)題目的要求進行軟硬件系統(tǒng)的設計和調(diào)試，對在單片機的原理及應用課程中涉及的芯片結構、控制原理、硬件和編程等方面有一定的感性認識和實踐操作能力。從而加深對本課程知識點的理解，對于設計能力，調(diào)試能力，以及分析處理問題的能力得到了一定的提高。其目的是讓學生得到一次進行獨立設計的工程實踐鍛煉，不僅培養(yǎng)

5、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和扎實的實踐技能、良好的工程意識，并在設計中學會如何發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實踐問題的技能和方法，將所學知識綜合應用于工程實踐中，為后續(xù)的畢業(yè)設計做好準備。二、 控制要求：利用stm32系列單片機設計簡易電子琴。 功能要求： (1) 按下不同按鍵，發(fā)出不同1 、2 、3、4 、5 、6 、7 七個音符； (2) 用LED 或LCD顯示當前按鍵三 設計原理：單片機可以驅動蜂鳴器或其他揚聲器發(fā)出聲音，可以控制其發(fā)出不同的聲調(diào)，從而連接起來構成一個曲子。一般來說，單片機不像其他專業(yè)樂器能奏出各種音色的聲音，單片機的音樂基本上都是單色頻率。1）音調(diào)：在音樂中把C上方的A音定為標準音高，其頻率

6、為f=440Hz,其余音均與之比較。音符do與音符i之間正好相差一個倍頻程，即相差一個八度音。在一個八度音中，有12個半音。只要知道了這12個音符的音高，就可以根據(jù)音符之間的倍頻程關系得到其他音符基本的音調(diào)頻率。知道了一個音符的頻率之后，編可以讓單片機發(fā)出相應的頻率的振蕩信號，從而產(chǎn)生相應的音符聲音，常采用的方法是通過單片機的定時器進行定時中斷，在中斷服務子程序中，將單片機上外界揚聲器的I/O口來回置高電平或低電平，從而讓揚聲器發(fā)出聲音。為了讓單片機發(fā)出不同頻率的音符的聲音，只需將定時器預置不同的定時值來實現(xiàn)。 以標準音高A為例，標準音高的A的頻率f=440Hz,其對應周期為T=1/f=227

7、2s,單片機上定時器的中斷觸發(fā)時間為t=T/2=1136s，如果單片機外接12MHz的晶振，則F0=12MHz，則標準音高A在單片機定時器工作方式1下定時器高低計數(shù)器的初值為：TH=FBH,TL=90H.2）節(jié)拍：如果規(guī)定一拍的時長為400ms,那么以四分音符為節(jié)拍時，四分音符的時長為400ms,八分音符的時長為200ms，十六分音符的時長為100ms.從而在單片機上可以采用循環(huán)延時的方法來實現(xiàn)控制一個音符唱多長時間。首先要編寫一個精確的基本時長的延時程序，如果以八分音符的時長為基本延時時間，那么對于一個音符，如果它是四分音符，只需調(diào)用四次延時程序，如果它是二分音符，則需要調(diào)用八次延時程序。以

8、此類推。3)演奏音樂的方法： Step1:將樂譜中的每個音符的音調(diào)及節(jié)拍變換成相應的音調(diào)參數(shù)和節(jié)拍數(shù)； Step2:將這些參數(shù)做成數(shù)據(jù)表格，存放在存儲器中； Step3:通過按鍵調(diào)用程序去取出一個音符的相關參數(shù)，播放該音符； Step4:播放完該音符后，等待下一次按鍵調(diào)用程序去取出下一次音符的 相關參數(shù)，再播放音符； Step5:對于演奏音樂，一般將休止符的音調(diào)參數(shù)設置為FFH,節(jié)拍參數(shù)設 置為00H.蜂鳴器驅動電路 此次設計選用有源蜂鳴器。有源蜂鳴器的發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅動振動膜發(fā)音，因此需要一定的電流才能驅動它。單片機的I/O引腳的輸出電流比較小輸出的TTL電

9、平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路，如圖4-4所示，選用NPN的三極管來達到電流放大的作用。圖1-1 蜂鳴器驅動電路按鍵電路：按鍵都采用了上拉電阻，當按鍵處于不被按下的狀態(tài)時，連接到單片機的一端的輸入信號為高電平，當按鍵按下時，輸入為低電平，如圖4-6所示。圖1-2 按鍵電路四 設計任務和主要內(nèi)容： 主要內(nèi)容： 利用實驗資源實現(xiàn)簡易電子琴的簡單功能：（1）利用蜂鳴器發(fā)出不通的聲音(2)使用lcd顯示器來顯示音階輸入的相關信息(3)當按下鍵盤相對按鍵，蜂鳴器會發(fā)出相對音階的單音，共有 兩個8度音階(4)至少可以輸入16個單音，可以一起演奏出來(5)演奏時可以按鍵中斷(6)按下

10、音樂播放鍵可以自動播放預先存在內(nèi)存中的曲子 主要技術指標和要求： (1)充分應用已給出的開發(fā)板硬件的資源進行設計(2)通過改變占空比產(chǎn)生不同頻率的信號 (3)實現(xiàn)按鍵發(fā)出的相對音階的單音(4)可以按照已經(jīng)編好的樂譜演奏出相應的音樂五 單片機控制系統(tǒng)原理： 本次課程設計采用atmel公司stm32f103VE單片機，stm32f103VE是低電壓，高性能的cmos8位單片機，片內(nèi)含8KB的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，其主要功能特性為：兼容MCS51指令系統(tǒng)·32個雙向I/O口·3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷·2個串行中斷·2個外部中斷源

11、83;2個讀寫中斷口線·3級加密位·低功耗空閑和耗電模式·軟件設置睡眠和喚醒功能等.單片機必須在時鐘的驅動下才能工作，在單片機內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。單片機的定時控制功能是用時鐘電路和振蕩器完成的，而根據(jù)硬件電路的不同，連接方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本次設計中采用內(nèi)部時鐘方式。在按鍵中常產(chǎn)生毛刺現(xiàn)象，要消除“毛刺”現(xiàn)象，最常用的方法是即時重復掃描法，延時法的原理是：毛刺脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾毫秒，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間，所以當單片機檢測到有按鍵動靜

12、后，再延時一段時間（十毫秒到二十毫秒）后再進行判斷此電平是否保持原來的狀態(tài)，如果是，則說明是有效的按鍵按下，否則為無效按鍵。矩陣鍵盤是單片中外部設備中所使用的排列類似于矩陣的鍵盤組。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。行掃描法:1、判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按

13、下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是:依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。六 主程序： 主程序的流程圖： 開始 按鍵是否按下 N Y去抖動，延時10ms N按鍵是否按下Y掃描按鍵位置做一次按鍵處理，播放相應的音符或音樂七、結束語： 通過本次課程設計，我不僅學會了對KEIL的應用，還加深了對STM32單片機的了解，同時也進一步增強了自己的動手能力。 通過本次設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了

14、如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。 這個設計過程中，通過在原有的按鍵中斷的基礎上進行了改進，使之具備了電子琴的基本功能。設計結果能夠符合題意，成功完成了此次實習要求，我不只在乎這一結果，更加在乎的，是這個過程。這個過程中，自己更加注重了一些基礎的理知識的學習，很好的把平時課堂上的知識運用到了實際的操作中。同時，軟硬件的結合調(diào)試也讓自己明白了理論上的很多東西也是需要實際實驗的驗證的。本綜合設計是讓得到一次進行獨立設計的工程實踐鍛煉，不僅培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和扎實的實踐技能、良好的工程意識，并在設計中學會如何發(fā)

15、現(xiàn)、分析和解決工程實踐問題的技能和方法，為后續(xù)的畢業(yè)設計做好準備。同時在這里也感謝在整個設計中幫助過我的老師和同學們。八、參考文獻1馮建華,趙亮.單片機應用系統(tǒng)設計與產(chǎn)品開發(fā)M.北京：人民郵電出版社 2004 2譚浩強.C語言程序設計M.北京：清華大學出版社 19993單片機與嵌入式:STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南M北京：機械工業(yè)出版社 2013附件： Main.c #include "stm32f10x.h"#include "KEY.h"#include "Beep.h"#include "PWM_OutPut.h"

16、/int main(void)/ uint8_t K;/ / SysTick_Init();/ KeyBoard_Init();/ TIM4_GPIO_Config();/ / Beep_GPIO_Config();/ TIM4_PWM_Init();/ / Beep_do();/ while(1) / / TIM4->CCR3=523;/ Delay_us(400);/ TIM4->CCR3=578;/ Delay_us(400);/ TIM4->CCR3=659;/ Delay_us(400);/ TIM4->CCR3=698;/ Delay_us(400);/ T

17、IM4->CCR3=784;/ Delay_us(400);/ TIM4->CCR3=880;/ Delay_us(400);/ TIM4->CCR3=988;/ Delay_us(400);/ / K=Read_KeyValue();/ switch(K)/ / case 1: / TIM4->CCR3=256;/ TIM4_Mode_Config(280);/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);/ break;/ case 2:/ TIM4->CCR3=288;/ TIM4_Mode_Config(10);/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);

18、 / Delay_us(10);/ TIM_Cmd(TIM4,DISABLE); / break;/ case 3: / TIM4->CCR3=320;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);/ break;/ case 4:/ TIM4->CCR3=341;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); / break;/ case 5: / TIM4->CCR3=384;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);/ break;/ case 6:/ TIM4->CCR3=426;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); / break;/ case

19、7: / TIM4->CCR3=480;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);/ break;/ case 8:/ TIM4->CCR3=512;/ TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); / break;/ / if(K=0)/ / TIM4->CCR3=0; / / / /add your code here/int main(void) TIM_SetAutoreload(TIM2, 1);TIM4_GPIO_Config();NVIC_Configuration(); TIM4_Mode_Config(); KeyBoard_Init();while (1

20、)/TIM_SetAutoreload(TIM2, 7);/if(keyvalue()=0)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 0);/ if(keyvalue()=1)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 120);/else if(keyvalue()=2)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 110);/ else if(keyvalue()=3)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 100);/else if(keyvalue()=4)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 90);/else if(keyvalue

21、()=5)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 80);/else if(keyvalue()=6)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 70);/else if(keyvalue()=7)/ TIM_SetAutoreload(TIM2, 60); switch( Read_KeyValue()case(0):TIM_SetAutoreload(TIM4, 0);break;case(1):TIM_SetAutoreload(TIM4, 3800);break;case(2):TIM_SetAutoreload(TIM4, 3450);break; case(3)

22、:TIM_SetAutoreload(TIM4, 3100);break;case(4):TIM_SetAutoreload(TIM4, 2750);break;case(5):TIM_SetAutoreload(TIM4, 2400);break;case(6):TIM_SetAutoreload(TIM4, 2050);break; case(7):TIM_SetAutoreload(TIM4, 1700);break;case(8):TIM_SetAutoreload(TIM4, 1350);break;case(9):TIM_SetAutoreload(TIM4, 1250);brea

23、k;case(10):TIM_SetAutoreload(TIM4, 1150);break;case(11):TIM_SetAutoreload(TIM4, 1050);break;case(12):TIM_SetAutoreload(TIM4, 950);break;case(13):TIM_SetAutoreload(TIM4, 850);break;case(14):TIM_SetAutoreload(TIM4, 750);break; case(15):TIM_SetAutoreload(TIM4, 650);break;case(16):TIM_SetAutoreload(TIM4

24、, 550);break; SysTick.c#include "SysTick.h"static _IO u32 TimingDelay;void SysTick_Init(void)if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000) while (1); SysTick->CTRL &= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;void Delay_us(_IO u32 nTime) TimingDelay = nTime; SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;w

25、hile(TimingDelay != 0);void TimingDelay_Decrement(void)if (TimingDelay != 0x00) TimingDelay-;PWM.c#include "PWM_OutPut.h"/static void TIM4_GPIO_Config(void)void TIM4_GPIO_Config(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); RCC_APB2PeriphClo

26、ckCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);void NVIC_Configuration(void) NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Ini