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ATmega16电子琴的设计与实现
简易电子琴的设计与实现
2011年10月16日
摘要…………………………………………………………………………3
引言…………………………………………………………………………3
1、方案的设计与论证……………………………………………………3
1.1芯片选择…………………………………………………………3
1.2电源控制模块……………………………………………………3
1.3功放模块……………………………………………………………3
1.4键盘输入模块………………………………………………………4
2、系统框图和仿真图………………………………………………………4
3、各模块的设计与论证……………………………………………………5
3.1中央处理器MCU……………………………………………………5
3.24x4键盘……………………………………………………………5
3.3功放模块……………………………………………………………6
4、程序流程图………………………………………………………………7
5、总结………………………………………………………………………8
6、源程序……………………………………………………………………8
摘要:
本设计设计了一种基于ATmega16的电子琴,该电子琴由用C语言控制核心部件和适当的外围电路构成,可从琴键上进行演奏也可自动进行乐曲演奏,实验验证了该设计的正确性。
关键词:
电子琴;乐曲演奏;自动演奏;ATmega16
引言:
进入21世纪后,由于电子技术及计算机技术的迅猛发展,新型电子产品的更新换代速度越来越快。
以单片机为核心构成的智能化产品具有体积小、功能强、应用面广等优点,目前正以前所未有的速度取代着传统电子线路构成的经典系统,蚕食着传统数字电路与模拟电路固有领地。
本作品是基于单片机控制系统的简易电子琴,可实现通过按键控制,发出1、2、3、4、5、6、7……等十六个音符。
该电子琴亦能够自动演奏乐曲,也可手动进行乐曲选择;实验验证了该设计的正确性。
1、方案的设计和论证
1.1芯片选择
方案一:
核心芯片:
atmega16单片机
优点:
对于atmega16的使用较熟悉,基本功能实现比较容易。
缺点:
I/O口多,配置起来容易出错。
方案二:
核心芯片:
8051单片机
优点:
I/O口配置较为方便,芯片价格便宜。
缺点:
使用汇编语言编程,较为繁琐,况且队员汇编语言知识薄弱。
通过比较,结合自身的知识,选择方案一。
1.2电源控制控制模块
方案一:
外置开关电源,其优点是电路设计比较简单。
方案二:
运用晶体管的开关功能设计电源开关控制电路,通过向单片机输入外部中断来使得单片机自动控制电源的关断。
为使设计简便,采用方案一。
1.3功放模块
方案一:
采用LM386芯片对对输出的音乐信号进行放大,其优点是电路简单,稳定性强;
方案二:
采用TDA2822芯片放大音乐信号,但是TDA2822在单电源供电下,工作不是很稳定。
考虑到稳定性因素,选用方案一
1.4键盘输入模块
方案一:
采用矩阵键盘(N×M),每个按键占据行列的一个交点,需要的I/O口数目是N+M,容许的最大键数是N×M。
方案二:
采用独立式按键新型键盘,但占用硬件资源较多。
为了节省资源,选择方案一。
2、系统框图和仿真图
基于ATmega16电子琴系统的硬件总体结构图如图1所示,主要包括中央处理器MCU、,功放模块、键盘模块。
图1
3、各模块的设计与论证
3.1中央处理器MCU
图2
中央处理器选用的是ATMega16,如图2所示。
PB0~PB7用于连接键盘输入;PD5用于音律PWM的输出;PA0连接自动演奏按钮。
单片机输出频率CTC不同的信号来产生各种音符,将歌曲各个音符的转化成相应的数字信号,存放在单片机程序寄存器中,当播放音乐时,程序从该寄存器里读取数据,然后以CTC信号的模式传给功放电路,实现放音乐的功能。
3.24x4键盘
图3
键盘与接PB口连接,见图3。
键盘的工作原理:
按键设置在行、列线交点上,行、列线分别连接到按键开关的两端。
行线通过上拉电阻接到+5V电源上。
无按键按下时,行线处于高电平的状态,而当有按键按下时,行线电平与此行线相连的列线电平决定。
3.3功放模块
图4
这里的功放模块采用了传统的LM386芯片,采用该芯片是因为LM386具有自身功耗低,电压增益可调整,电源电压范围大,外接元件少和总谐波失真小等优点,尤其是在增益为20DB时使用的外围原件极少。
具体的单路连接如下图4所示。
4、程序流程图
5、总结
经过一翻辛苦努力,终于搞定了电子琴了。
这个过程中团队合作让我们收获很多。
两个同学一起做,不可能每个同学对每项内容都了解得很透彻,需要知识互补。
另外,遇到困难的时候不能指望让一个同学独自解决,团队合作不崇尚单打独斗。
6.源程序(部分)
//端口初始化
voidport_init(void)
{
PORTA=0xFF;
DDRA=0x00;
PORTB=0xFF;
DDRB=0xF0;
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
PORTD=0x20;
DDRD=0x20;
}
//****************************************
voidinit_devices(void)
{
CLI();//禁止所有中断
MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x80;//禁止JTAG
GICR=0x00;
port_init();
//timer1_init();
SEI();//开全局中断
}
//****************************************
voiddelay_ms(uintms)
{
uinti,j;
for(i=0;i {for(j=0;j<1141;j++);} } //**************************************** voidshow_music1(void)//猎人进行曲 { uintii,y1,y2,y3; uintmusic1[]={-2,500,100,1,200,400, 1,150,0,2,150,0,3,150,0,4,150,0,5,150,400, 3,200,50,3,200,50,2,200,50,5,200,50,2,200,50,5,200,50, 3,150,0,4,150,0,3,150,0,2,150,0,1,150,50,-2,150,50,1,150,400, 1,150,0,2,150,0,3,150,0,4,150,100,5,150,400, 3,200,50,3,200,50,2,200,50,5,200,50,7,200,50,6,200,50,5,200,800 }; for(ii=0;ii<96;ii+=3) { y1=music1[ii]; y2=music1[ii+1]; y3=music1[ii+2]; OCR1AH=voice_H_rate[y1+9]; OCR1AL=voice_L_rate[y1+9]; TCCR1A=0x40; TCCR1B=0x09;//启动定时器 delay_ms(y2-1); if(y3! =0)//判断歌曲是否停顿 { TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } delay_ms(y3); } TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } //**************************************** voidshow_music2(void)//两只老虎 { uintii,y1,y2,y3; ucharmusic2[]= {1,200,100,2,150,100,3,200,100,1,400,1000, 1,200,100,2,150,100,3,200,100,1,400,1000, 3,200,100,4,200,100,5,500,200, 3,200,100,4,200,100,5,500,200, 5,100,50,6,100,50,5,100,50,4,100,50, 3,200,100,1,200,2000, 5,100,50,6,100,50,5,100,50,4,100,50, 3,200,100,1,200,2000, 2,200,100,-2,400,1000,1,400,4000, 2,200,100,-2,400,1000,1,400,4000 }; for(ii=0;ii<(sizeof(music2));ii+=3) { y1=music2[ii]; y2=music2[ii+1]; y3=music2[ii+2]; OCR1AH=voice_H_rate[y1+9]; OCR1AL=voice_L_rate[y1+9]; TCCR1A=0x40; TCCR1B=0x09;//启动定时器 delay_ms(y2); if(y3! =0)//判断歌曲是否停顿 { TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } delay_ms(y3); } TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } //**************************************** voidshow_music3(void)//小星星 { uintii,y1,y2,y3; uintmusic3[]={1,200,400,1,200,400,5,200,400,5,200,400, 6,200,400,6,200,400,5,400,800, 4,200,400,4,200,400,3,200,400,3,200,400, 2,200,400,2,200,400,1,400,800, 5,200,400,5,200,400,4,200,400,4,200,400, 3,200,400,3,200,400,2,400,1000, 5,200,400,5,200,400,4,200,400,4,200,400, 3,200,400,3,200,400,2,400,800, 1,200,400,1,200,400,5,200,400,5,200,400, 6,200,400,6,200,400,5,400,800, 4,200,400,4,200,400,3,200,400,3,200,400, 2,200,400,2,200,400,1,400,800}; for(ii=0;ii<126;ii+=3) { y1=music3[ii]; y2=music3[ii+1]; y3=music3[ii+2]; OCR1AH=voice_H_rate[y1+9]; OCR1AL=voice_L_rate[y1+9]; TCCR1A=0x40; TCCR1B=0x09;//启动定时器 delay_ms(y2); if(y3! =0)//判断歌曲是否停顿 { TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } delay_ms(y3); } TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } //**************************************** voidshow_music4(void)//祝你生日快乐 { uintii,y1,y2,y3; ucharmusic4[]={5,20,50,5,20,100,6,50,0,5,50,200,8,50,0,7,60,100, 5,20,50,5,20,100,6,50,0,5,50,200,9,50,0,8,60,100, 5,20,50,5,20,100,12,50,0,10,50,100,8,40,0,7,40,0,6,70,100, 11,20,50,11,20,100,10,50,0,8,50,0,9,60,100,8,60,200}; for(ii=0;ii<(sizeof(music4));ii+=3) { y1=music4[ii]; y2=music4[ii+1]; y3=music4[ii+2]; OCR1AH=voice_H_rate[y1+2]; OCR1AL=voice_L_rate[y1+2]; TCCR1A=0x40; TCCR1B=0x09;//启动定时器 delay_ms(y2*10); if(y3! =0)//判断歌曲是否停顿 { TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } delay_ms(y3); } TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } //**************************************** voidshow_select(uintn) { } //**************************************** ucharscan_key(void) { uchari,j,in,ini,inj; ucharfind=0; for(i=0;i<4;i++) { PORTB=act[i]; delay_ms(10); in=PINB; in=in<<4; in=in|0x0f; for(j=0;j<4;j++) { if(act[j]==in) { find=1; inj=3-j; ini=i; } if(act[j]==in)break; } if(act[j]==in)break; } if(find==0) return16; return(ini*4+inj); } //**************************************** voidmain(void) { ucharc; uintn; init_devices(); n=0; while (1) { if(PINA==0xFE) {delay_ms(10); if(PINA==0xFE) { for(n=0;n<5;n++); n=(rand())%5; if(n==1) {show_music1();} if(n==2) {show_music2();} if(n==3) {show_music3();} if(n==4) {show_music4();} } } PORTB=0x0F; DDRB=0xF0; if(PINB! =0x0F) { c=scan_key(); if(c! =16) { OCR1AH=voice_H_rate[c]; OCR1AL=voice_L_rate[c]; TCCR1A=0x40; TCCR1B=0x09;//启动定时器 while(c! =16) { if(PINB! =key_if_keep[c]) c=scan_key(); } } } TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00;//停止定时器 } }
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