基于STM的電子琴設(shè)計(jì)

1、1綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生班級(jí)： _學(xué)生姓名： _學(xué)號(hào)： _設(shè)計(jì)名稱：電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) _起止日期：2013.11.18-2013.12.15 _ 指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)要求：利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)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(gè)音符;(2)用LED或LCD顯示當(dāng)前按鍵。總體要求：給出電路原理圖、電路調(diào)試結(jié)果、程序源代碼；提交設(shè)計(jì)報(bào)告2綜合設(shè)計(jì)學(xué)生日志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容2013.11.19-2013.11.22相關(guān)資料的查找；2013.11.23-2013.11.25搭建硬件電路；2013.11.26-2013.11.29單片機(jī)基本知識(shí)的復(fù)習(xí)以及軟件系統(tǒng)框架的搭建；20

2、13.11.30-2013.12.06:軟件程序的編寫和完善；2013.12.07軟硬件結(jié)合調(diào)試，優(yōu)化；2013.12.08-2013.12.14設(shè)計(jì)材料的整理和設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫。3電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要: 本次設(shè)計(jì)是 xx 專業(yè)專業(yè)方向設(shè)計(jì)， 利用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(gè)音符并且用 LED 或 LCD顯示當(dāng)前按鍵。選用stm32f103C8T6,它有8個(gè)定時(shí)器，部分定時(shí)器有多達(dá) 4個(gè) 用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入。 利用芯片內(nèi)部相 關(guān)定時(shí)器來(lái)輸出PWM從而來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。通過(guò)讀取外

3、部按鍵輸入的值來(lái)相應(yīng)改變定 時(shí)器相關(guān)寄存器的值，從而來(lái)改變 PW啲輸出頻率來(lái)達(dá)到發(fā)出不同音調(diào)。關(guān)鍵詞：STM32f103C8T6 PWM定時(shí)器4The 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

4、 keys, it will make different sounds from the buzzer 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

5、state of the external key to change the frequency of output . Different frequency of the PWM will control buzzer makes different sounds.Key words: STM32f103C8T6; PWM; Timer5一、 設(shè)計(jì)目的和意義本綜合設(shè)計(jì)是為XX專業(yè)高年級(jí)本科生開(kāi)設(shè)的必修課，是對(duì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的一 次綜合訓(xùn)練。其目的是讓學(xué)生得到一次進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐鍛煉，不僅培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和扎實(shí)的實(shí)踐技能、良好的工程意識(shí)，并在設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)、分析和 解決工程實(shí)

6、踐問(wèn)題的技能和方法，將所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用于工程實(shí)踐中，為后續(xù)的畢業(yè) 設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。二、 控制要求利用單片機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(gè)音符；(2)用LED或LCD顯示當(dāng)前按鍵?？傮w要求：給出電路原理圖、電路調(diào)試結(jié)果、程序源代碼；提交設(shè)計(jì)報(bào)告。三、 設(shè)計(jì)方案論證3.1設(shè)計(jì)方案：方案一：采用MCS-51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。MCS-51系列單片機(jī)中的基本型產(chǎn)品是8051,8031和8751，這三個(gè)產(chǎn)品只是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器制造工藝不 同。8051的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM為掩膜型的在制造芯片時(shí)已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去， 使它具有了某種專用功能。8

7、位CPU擁有片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路；32根10線；外 部存儲(chǔ)器ROM和RAM尋址范圍各64KB ； 2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源， 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；全雙工串行口； 8051的中央處理器CPU由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成 51單片機(jī)是一款比較基礎(chǔ)的單片機(jī)。I/O (輸入/輸出)引腳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能簡(jiǎn)單， 低成本?？梢詫?shí)現(xiàn)各種豐富的應(yīng)用。通過(guò)控制I/O 口的輸出電平的翻轉(zhuǎn)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 蜂鳴器發(fā)音音調(diào)的控制。方案二：采用STM32f03C8T6來(lái)實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)，最高72MHz工作頻率。它有多個(gè) 外部中斷，八個(gè)定時(shí)器，有PWM輸出模式，其中2個(gè)高級(jí)定時(shí)器，兩個(gè)基本定時(shí)器， 其他的是通用定時(shí)器，共48

8、個(gè)引腳，除基本的I/O功能之外還包含有復(fù)用功能，其6外設(shè)功能強(qiáng)大，是一款能夠很方便使用的功能強(qiáng)大的芯片， 同時(shí)可以直接對(duì)相關(guān)寄存器進(jìn)行操作,3.2方案選擇上述兩種方案相比，51單片機(jī)雖然價(jià)格便宜，但是其功能簡(jiǎn)單，I/O 口少，并且僅 僅只有5個(gè)中斷源，而STM32fO3C8T6共48個(gè)引腳，并且其定時(shí)器有 PWM輸出模 式，可以更加方便的控制蜂鳴器的發(fā)音。 本次設(shè)計(jì)包括了七個(gè)按鍵，數(shù)碼管，蜂鳴器， 因此至少需要17個(gè)I/O 口。因此先比較而言選用I/O 口較多的STM32fO3C8T6來(lái)作 為控制芯片。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-1所示，硬件系統(tǒng)主要由數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、

9、按鍵電路、晶 振、復(fù)位、電源指示、轉(zhuǎn)壓電路、控制芯片等組成。圖4-1硬件系統(tǒng)圖4.1.1核心控制器硬件電路核心控制芯片的各個(gè)輸出引腳如圖4-2所示:7S I M32C61 6PA匕| ：、C廠口葉P-AE-WELFP-P-AJLPA.IJ TTU9. WTS PAM ”睞PAAJ JT3Hsm?4RsrTVEL41veto vncj VDC_3VAPBSHLVB： BGdTLMJ.FTKi ME斗 ahnwjT H PC I 3-n*a= ais,3 事P _riiJSu-.r-.CIJflMW包括了專業(yè)電路、外部晶5V=C2 CtL104 KXfiJf+AGNDi頸TA33VINOUTGXD

10、OUT3.3V1C4i呱T為r 11r_OSC TXHrn -10pF |I廠C13 T Q血_11 o|c OUT10pFGXD3.3V斗二C(5 f 104 I 104C8104RESET1GNDlk|，GNDPniverl此次設(shè)計(jì)選用有源蜂鳴器有源蜂鳴器的發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈,使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)音,因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它。單片機(jī)的I/O引腳圖 4-2 STM32f103C8T6 引腳圖核心控制器是由核心控制芯片以及相關(guān)的外圍電路組成， 振、濾波電路、按鍵復(fù)位電路、電源指示電路等，如圖4-3所示。圖4-3核心控制器外圍電路4.1.2蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流比較小輸

11、出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放 大的電路，如圖4-4所示，選用NPN勺三極管來(lái)達(dá)到電流放大的作用。U31REG11173.3|心心 -t-Ir J3.3VC38CEim2 ccml Wr1maii ID RUi-儼2_RW_怦$ R MOT_ 遡4.1.3數(shù)碼管電路:設(shè)計(jì)中需要使用一位數(shù)碼管，如圖 4-5所示，為四位數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路，在實(shí)際的 運(yùn)用中僅僅選用了 com4位選端口以及5、6 7、8 9、10、11、接口作為段選。圖4-5數(shù)碼管顯示電路4.1.4按鍵電路:按鍵都采用了上拉電阻，當(dāng)按鍵處于不被按下的狀態(tài)時(shí)，連接到單片機(jī)的一端的輸 入信號(hào)為高電平，當(dāng)按鍵按下

12、時(shí)，輸入為低電平，如圖4-6所示。圖4-4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路cPhdp B1293.3VIItO4.7K3V 33Vftl JRI 7K. Il3V 33Vll.7K良14 7K3V 3.3Vft?4.7K34.7K4廣時(shí)廣彳廣廣、*!廣廣討廣門GNFJGNDARR=NoteSet;TIM1-CCR仁NoteSet/2;13TIM_Period設(shè)置了在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值。TIM_Prescaler設(shè)置了用來(lái)作為TIM1時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值。TIM_CounterMode選擇了計(jì)數(shù)器模式為向上計(jì)數(shù)模式。TIM_OCMode選擇定時(shí)器模式為TIM脈沖寬度調(diào)制模式1。.T

13、IM_OutputState = TIM_OutputState_E nable 定時(shí)器輸出比較狀態(tài)使能。TIM_Pulse設(shè)置了待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值和TIM_Period的值一起決定占空比。TIM_OCPolarity設(shè)置了輸出比較極性為高。根據(jù)以上設(shè)置PWM 輸出占空比二二 TIM_Period =50%2(4-1)PWM輸出頻率:1TIM Prescale葉1 ,一*TIM Period72 MHz一（4-2）在主函數(shù)中，通過(guò)掃描按鍵的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行相關(guān)操作：if(GPIO_Readl nputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15)=0)display(1);/數(shù)碼管顯

14、示函數(shù)TIM_yi ngyue(D1); /調(diào)用定時(shí)器函數(shù)注： 每次調(diào)用TIM_yingyue ()函數(shù)，通過(guò)判斷Iflslnit的狀態(tài)，直接通過(guò)修改ARR(自動(dòng)重裝載寄存器)，CCR1(TIM1捕獲/比較寄存器1)來(lái)修改頻率，提高了程序 的效率，避免其他相關(guān)值重復(fù)定義。五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析14-! * *亠fi丨1申4 | 1 4 1 44 | H 1 i + i v I i |二 41 9 1 V 1a 三.；d- 1-T4!_：_1：*5.1設(shè)計(jì)結(jié)果:實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易電子琴功能。 按下不同按鍵，發(fā)出不同1、2、3、4、5、6、7七個(gè)音符并用LED顯示當(dāng)前的鍵值。每個(gè)音符發(fā)音的長(zhǎng)短由按鍵按下的時(shí)間

15、長(zhǎng)短來(lái)控 制，能夠更好的完成一首歌曲PWM輸出波形下列各圖所示:DO:圖5-1 Do PWM輸出波形Rai：圖5-2 Rai PWM輸出波形*鼻于UP平均值I I I# 1.309k Ha-iH.1- chsr of2-32U15叫$0火j.吹 _r*L _二點(diǎn)；：1 j旣天值.: .t： c.h*n of運(yùn)：圖5-3 Mi PWM輸出波形Mi:Fa：t- 士二-込. .- ：- -：.一匸 _二 _毋：oy-去 9MU230*：MME 00E. #DC 一 *圖5-4 Fa PWM輸出波形So：V I I AI li h O CM2 E：OGE O1.96041kH2盧空率2 50,00:升

16、時(shí)司1- elh*H oFF M 800 . rur率 orARR=NoteSet;/ 改變輸出的頻率TIM1-CCR1=NoteSet/2;void delay(unsigned int i) / 延時(shí)函數(shù)unsigned int j,k; for(j=0;ji;j+)for(k=0;k100;k+);void display(unsigned int j) / 數(shù)碼管顯示函數(shù) GPIO_SetBits(GPIOB,codej);GPIO_ResetBits(GPIOB,0 x001); / 共陰極數(shù)碼管， 段選為高電平有效， 位選 為低電平有效22int main()RCC_Configu

17、ration();GPIO_Configuration() ;while(1) / 按鍵掃描if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15)=0)display(1); / 修改顯示的數(shù)據(jù)TIM_yingyue(D1); / 修改輸出的頻率 else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_4)=0) display(2);TIM_yingyue(D2);else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5)=0)display(3);TIM_yingyue(D3);else

18、if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_6)=0) display(4);TIM_yingyue(D4);else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_7)=0) display(5);TIM_yingyue(D5);else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_8)=0) display(6);TIM_yingyue(D6);else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_9)=0)23 display(7);TIM_yingyue(D7);elseTIM_yingyue(0);