基于AVR单片机的电子琴设计.doc

一、功能说明1. 能通过键盘输入基本的音阶，并在LED上显示，蜂鸣器同步发出声音。输入的音阶将被存储起来，可以被重放。 2. 编辑完成后，可播放编辑好的音乐。 3. 可对音乐进行基本的操作：播放，暂停，停止，重输入，快进，后退。 二、应用价值1. 作为手机音乐编辑器。 2. 作为的模拟电子琴（比如，放在婴儿车上）。 3. 作为定音哨。三、实现方案1. 硬件设计思想和电原理图。 2. 通过TIMER0输出方波，作为音阶，以 TIMER1延时，产生节拍，通过蜂鸣器播放出来。 3. 由键盘输入数据、控制播放，由LED显示。 电原理图如下：连线照片：软件设计思想和流程图。每个play, pause等（暂称之为执行函数）,都只执行很短的时间，放在while (state=?)循环内部，中断函数只负责改变state的值。 数组定义： Music_arr歌曲数组名状态位; 歌曲数组名音频节拍; 共五个；下图仅表示功能定义，代表由上而下的设计结构。不代表程序流程。4位led代表意义：1. 模式选择，P，E； 2. 曲目序号，1-5； 3. 播放模式时为当前状态，state为空时不显示 4. 音阶0-7，播放时为播放的音阶，编辑时为输入的音阶。 中断处理子过程程序流程main()软件详细功能：当键盘被按下时，触发外部中断，中断函数更改全局状态变量，主函数不断扫描这些变量，从而调用相应的函数处理。以下简单介绍几个函数的功能： play函数：播放预存数组中的一个音节。 stop函数：停止播放。 pause函数：暂停播放，同时记录下当前播放的数组元素的位置，等待继续播放。 ,：播放状态时，前进一首和后退一首。编辑状态时，升高或降低八度，从而可以在覆盖几乎全部音域 当处于编辑状态时，delete退格键，reset重新输入键。07为音阶，存入数组中。 程序源代码见附一。 四系统测试过程及测试数据。系统测试过程随着开发过程同时进行，我们实行的是边开发，边测试的思路。开发过程及进度表如下：起始阶段：定义键盘功能（详见附二）16月13日，可以通过TIMER0输出方波，作为音阶，以 TIMER1延时，产生节拍，通过蜂鸣器播放出来发出各种频率的声音。定义了17各个音阶的频率。写出发音函数，作为底层接口，可以在程序中直接调用。方便以后的进程。（测试代码见附三）26月16日，能通过键盘输入基本的音阶，并在LED上显示，蜂鸣器同步发出声音。通过键盘输入，编辑完成音乐，数据存入一个定义的数组中。 编辑完成后，可将数组中的数据按照预定的方式通过单片机输出到喇叭中，播放编辑好的音乐。数组中预存喀秋莎，可以下载程序听到美妙的音乐播放出来。（测试代码见附四）36月20日，完成，并开始准备相应的设计报告及其他文档。（测试代码见附一）五 . 设计所需资源。硬件资源：AVR开发板一块，扬声器一个。软件资源：iccavr，avr studio 软件。人力资源：组内全体成员。六 .成员分工和工作情况。李晓：播放函数编写，键盘定义。杨金龙：软件整体架构，软件调试。李钰：相关文档整理，ppt , 网页制作。各成员基本完成各自份内的任务。附一：#include config.h /决定是否播放 ,全局变量/uint16 *p;/歌曲选择指针 uint8 list=0;/歌曲选择变量 uint8 input=1; uint8 pause=1; uint8 state=0,stop=1,play=1,key; uint8 MUSIC_DATA502; uint8 i=0,length=50,key_buffer;/i 歌曲播放指针 /6 7 1 2 3 5 6 7 1flash uint16 Mode_Data16=440,494,523,587,659,698,784, 880,998,1046,1156,1318,1396,1568,0;/存放声音的频率/* 音乐产生函数 * 功能：输出频率为x的方波，延时y MS* 范围：x:100-20000Hz，0：不发声 * y:0-65536 MS */extern void sound(uint16 i) /uint16 x;/x=music_datai0; /取音乐的频率数据if(i!=0) /x=; /1M时钟数据计算OCR1A=500000/i; /比较值赋值TCCR1A = 0x40; /允许比较反转输出elseTCCR1A = 0x00; /频率为0，休止符，不发声/* 延时函数：1M时钟时为MS */extern void delay_ms(uint16 i) uint8 a;for(;i;i-) for (a = 220; a; a-) /倍率 原来220 ;flash uint16 kaqiusha2= 440,600,494,200,523,600,443,200,523,400,494,200,440,200,494,400,330,400,494,600,523,200,578,600,494,200,578,400,523,200,494,200,440,800,659,400,880,400,784,400,880,200,784,200,698,400,659,200,578,200,659,400,440,400, 0,200,698,400,578,200,659,600,523,200,494,200,330,200,523,200,494,200,440,800,659,400,880,400,784,400,880,200,784,200,698,400,659,200,578,200,659,400,440,400, 0,200,698,400,578,200,659,600,523,200,494,200,330,200,523,200,494,200,440,800,0,0; void kaqiusha_sing(void) sound(kaqiushai0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(kaqiushai1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; flash uint16 moscow_night2= 440,400,523,400,659,400,523,400,587,800,523,400,494,400,659,800,587,800,440,1600,523,400,659,400,784,400,784,400,880,800,784,400,698,400,659,1600,740,800,831,800,988,400,880,400,659,1200,494,800,440,400,659,400,587,400,698,1600,784,400,698,400,659,800,587,400,523,400,659,800,587,800,440,1600,740,800,831,800,988,400,880,400,659,1200,494,800,440,400,659,400,587,400,698,1600,784,400,698,400,659,800,587,400,523,400,659,800,587,800,440,3200,0,0; void moscow_night_sing(void) sound(moscow_nighti0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(moscow_nighti1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; flash uint16 super_mario2= 659,200,659,200,0,200,659,200,0,200,523,200,659,200,0,200,784,400,0,400,392,400,0,400,523,200,0,400,392,400,0,400,330,200,0,400,440,200,0,200,494,200,0,200,466,200,440,200,0,200,392,266,659,266,784,266,880,200,0,200,698,200,784,200,0,200,659,200,0,200,523,200,587,200,494,200,0,400,523,200,0,400,392,400,0,400,330,200,0,400,440,200,0,200,494,200,0,200,466,200,440,200,0,200,392,266,659,266,784,266,880,200,0,200,698,200,784,200,0,200,659,200,0,200,523,200,587,200,494,200,0,800,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,415,200,440,200,523,200,0,200,440,200,523,200,587,200,0,400,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,1047,200,0,200,1047,200,1047,200,0,800,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,415,200,440,200,523,200,0,200,440,200,523,200,587,200,0,200,622,200,0,400,587,200,0,400,523,200,0,600,392,200,392,200,0,200,262,200,0,400,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,415,200,440,200,523,200,0,200,440,200,523,200,587,200,0,400,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,1047,200,0,200,1047,200,1047,200,0,800,784,200,740,200,698,200,622,200,0,200,659,200,0,200,415,200,440,200,523,200,0,200,440,200,523,200,587,200,0,200,622,200,0,400,587,200,0,400,523,200,0,600,392,200,392,200,0,200,262,200,0,400,0,0;/ super mario void super_mario_sing(void) sound(super_marioi0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(super_marioi1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; flash uint16 butterfly_lovers2= 247,800,294,600,330,200,392,600,440,200,330,200,392,200,294,200,0,200,587,600,784,200,659,200,587,200,494,200,587,200,440,1400,0,200,440,400,440,200,494,200,370,400,330,400,294,600,330,200,392,400,440,400,247,400,392,400,330,200,294,200,330,200,392,200,294,1400,0,200,494,600,587,200,370,400,440,400,330,200,392,200,294,1200,247,300,294,100,247,400,294,300,330,100,370,200,440,200,330,1200,294,200,330,200,392,600,440,200,587,400,494,400,440,400,494,200,440,200,392,400,330,200,294,200,247,400,0,400,392,400,0,400,330,300,392,100,330,200,294,200,247,200,294,200,330,200,392,200,294,1400,0,0; /梁祝歌曲 void butterfly_lovers_sing(void) sound(butterfly_loversi0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(butterfly_loversi1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; flash uint16 Sdu_Song2= 698,300,698,100,698,200,698,200,698,200,698,200,659,200,587,200,587,200,523,1000,349,400,440,400,523,400,523,200,466,400,440,200,466,400,440,400,392,800,392,300,392,100,392,200,392,200,392,200,370,200,392,200,440,200,466,200,523,200,587,200,659,200,698,200,784,600,880,600,784,200,784,200,523,600,698,1600,0,0;/song of SDUvoid Sdu_Song_sing(void) sound(butterfly_loversi0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(Sdu_Songi1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; flash uint16 music_data2=440,400,440,400,659,400,659,400,740,400,740,400,659,800,587,400,587,400,554,400,554,400,494,400,494,400,440,800,659,400,659,400,587,400,587,400,554,400,554,400,497,800,659,400,659,400,587,400,587,400,554,400,554,400,497,800,440,400,440,400,659,400,659,400,740,400,740,400,659,800,587,400,587,400,554,400,554,400,494,400,494,400,440,800,0,0;/ abcdefgvoid music_data_sing(void) sound(music_datai0); /输出音符 / PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(music_datai1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15) list=0; /* 端口初始化函数 */void port_init(void)DDRD|=0xa0; /D5口配置为输出，驱动蜂鸣器PORTD|=0x0f;DDRB=0xf0;PORTB=0X0F;DDRA=0xff;Seg7_Led_Init();MCUCR=0x00;GICR = 0x40;SEI();/*name： list_deal();function: deal with many songs of the machine*/extern void list_deal(void) switch(list) case 0: butterfly_lovers_sing();break; case 1: moscow_night_sing();break; case 2: Sdu_Song_sing();break; case 3: super_mario_sing();break; case 4: kaqiusha_sing();break; case 5: music_data_sing();break; /*name： key_deal();function: deal with states of the machine*/extern void key_deal(void)if(state=0)/播放状态 while(play&pause) list_deal(); /* sound(music_datai0); /输出音符 delay_ms(music_datai1);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=15; if(!music_datai+1) i=0; */调试用 /播放选择的音乐 /播放modeelse while(play&pause&(input) sound(Mode_DataMUSIC_DATAi0); /输出音符 PORTA=seg7_data(i%16); delay_ms(400);/节拍延时 TCCR1A = 0x00; /奏完一个音符停止 PORTD|=1length) break;else i+=2;break; if(!play) if(+list5)list=0;break; case BACK: if(play=1) if(i2)i=0;break;else i-=2;break; if(!play) if(-list0)list=5;break; default :break; ; Seg7_Data_Port=seg7_data(i); else if(state) if(key=8)&input) add(key); MUSIC_DATAi+0=key;MUSIC_DATAi-11=400; sound(Mode_Datakey); delay_ms(200); TCCR1A = 0; /奏完一个音符停止 PORTD|=18) switch(key) case PAUSE:pause=0;break; case PLAY: if(input) /不是输入模式 play=1;pause=1;break;/* if(i!=0) /输入模式 MUSIC_DATAi0=0; MUSIC_DATAi1=0;/clear i=0,play=1,pause=1;input=0;break; */ case DEL: if(input) del(i4?MUSIC_DATAi-50:16); if(i0) i-;break; case OVER: if(input)/输入模式 MUSIC_DATAi0=0; MUSIC_DATAi1=0;/clear play=0;i=0,input=0,pause=1;break; ; case STOP: if(input)play=0,pause=1,i=0;break;/输入模式 case RST: if(input) i=0,pause=1,play=0;break;/如果正在输入， if(input&play&pause)/没有输入 i=0,pause=1;state=0;break; if(input&pause) /没有输入且暂停 切换模式 input=1,i=0,play=0,pause=1;break;/则case STOP:play=0;i=0;break;重新输入 case ADVANCE:if(input&pause) MUSIC_DATAi-11+=200; show(MUSIC_DATAi-11);break; if(play&input) if(i+2)length) break;else i+=2;break; case BACK: if(input&pause) if(MUSIC_DATAi-11200) MUSIC_DATAi-11-=200; show(MUSIC_DATAi-11); break; if(play&input) if(i0;i-) /250ms*4=1000ms delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms();/*微秒级延时*/void delay_us(unsigned int n) unsigned int i; for(i=n;i0;i-) delay_1us();/*毫秒级延时*void delay_ms(unsigned int n) unsigned int i; for(i=n;i0;i-) delay_1ms();*/*秒级延时,太浪费资源，不建议使用*/void delay_s(unsigned int n) unsigned int i,j; for(j=n;j0;j-) for(i=250;i0;i-) /250ms*4=1000ms delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms(); for(i=250;i0;i-) delay_1ms(); 附二：课程设计进度报告（6月9日） 目前已完成键盘定义，共有16个键（44）。每个按键的定义如下： 17.表示音阶0：休止符。Paus:暂停，pause;Del：退格键，删除前一个音符Over：输入结束；Res：reset键，重新输入；Play：播放键，播放之前编辑的音乐；Stop：停止键，停止播放；：快进：慢进附三：程序代码如下：#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/以下音乐数据为卡秋莎，位于程序区flash uint music_data2=440,600,494,200,523,600,443,200,523,400,494,200,440,200,494,400,330,400,494,600,523,200,578,600,494,200,578,400,523,200,494,200,440,800,659,400,880,400,784,400,880,200,784,200,698,400,659,200,578,200,659,400,440,400, 0,200,698,400,578,200,659,600,523,200,494,200,330,200,523,200,494,200,440,800,659,400,880,400,784,400,880,200,784,200,698,400,659,200,578,200,659,400,440,400, 0,200,698,400,578,200,659,600,523,200,494,200,330,200,523,200,494,200,440,800, 0, 0;#pragma data:data /设置回到数据存储器区/* 延时函数：1M时钟时为MS */void delay_ms(uint i)uchar a;for(;i;i-) for (a = 220; a; a-) ;/* 端口初始化函数 */void port_init(void)DDRD=0xff; /D5口配置为输出，驱动蜂鸣器/* 音乐产生函数 * 功能：输出频率为x的方波，延时y MS* 范围：x:100-20000Hz，0：不发声 * y:0-65536 MS */void sound(uchar i)uint x;x=music_data0; /取音乐的频率数据if(x!=0)x=7372800/x; /1M时钟数据计算OCR1A=x; /比较值赋值TCCR1A = 0x40; /允许比较反转输出elseTCCR1A = 0x00; /频率为0，休止符，不发声/* 主函数 */void main(void)uchar i=0;port_init(); /端口初始化TCCR1A = 0x40; /将T/C1配置为比较匹配，OC1A取反TCCR1B = 0x09;while(1)while(music_data1!=0) /等待最后一个音符到来 sound(i); /输