可存储式电子琴课程设计1.doc

通达学院课程设计 实验报告模 块 名 称 AVR单片机课程设计（proteus）设计题目基于LM016L显示的可存储式电子琴任务要求1、使用4*4键盘，对应2个8度的16个单音，当按下相应按键时，扬声器发出相对音符的音阶。2、可以单键按下，也可以按照乐谱演奏音乐。3、在ATmega128内存储至多64个单音（在两个8度音阶中任选），按键可以控制开始连续播放这64个单音或停止播放，每个单音的播放时长自定。4、使用LED/LCD来实时显示目前正在演奏的单音码，例低音音符la、相应的音符频率及时长、或中音音符si、相应的音符频率及时长等。实验设备及软件设备：计算机软件：proteus7.7 sp2 ICCAVR7.22同组人员学号及姓名一人一组，无同组成员参考文献1 金钟夫 杜刚.ATmega128单片机C程序设计与实践M.北京：航空航天大学出版社,19992 沈建良 赵文宏.ATmega128单片机入门与提高M.北京：航空航天大学出版社,20013 张毅刚.单片机应用设计M.哈尔滨：工业大学出版社,2004年第二版4 长沙太阳人电子有限公司.SMC1602A LCM 使用说明书EB/OL.5 刘娟 梁卫文.单片机c语言与protues仿真技能实训M.中国电力出版社，2004.AVR单片机软件设计（proteus）报告1） 总体设计原理、思路 1. 电子琴的设计主要分为手动弹奏乐曲和自动播放音乐两大部分组成。手动弹奏乐曲是根据具体的硬件键盘设置了16个音符按键和1个功能转换键，自动播放音乐是在单片机的存储器中通过软件编程的方法放置音乐代码和相关播放程序来实现。 2. 应用到的原件，主要是ATmega128单片机、矩阵4×4键输入电路、LM016L显示电路、扬声器以及电源电路。 3. 从声音原理方面来看，通过控制单片机的定时器的定时时间产生不同频率的音频脉冲，经放大后驱动扬声器发出不同音乐的声音。用软件延时来控制发音时间的长短，控制节拍。 4. 在写程序时，将电子琴的设计采用程序模块化设计方法，将程序分为主程序、键盘扫描程序模块、数码显示模块。这样使得思路更加清晰，出问题更加容易更正。2） 硬件方面原理图的设计： 整个硬件部分主要包括一颗atmega128单片机，lm016l显示器和16个按键组成。单片机ATMEGA128是一颗高性能低功耗的avr 8位微处理器，它拥有先进的RISC结构，多达133条指令，大多数可以在一个时钟周期内完成。 Atmega128的引脚图 LM016L的接口说明最后连接的原理图 3） 软件方面程序流程图的设计、关键代码的说明 程序流程图如下 关键代码及其说明/*/ #include<iom128v.h>#include <macros.h>/1602液晶显示程序#include"xianshi.h"/蜂鸣器#define BEEP() PORTB = (1<<PB0)/音符延时表,它们分别对应于015号音符的输出频率uint tone= 64021,64103,64260,64400,64524,64580,64684,64777, 64820,64898,64918,64938,64958,64978,64998,65100;/第一段(Tone为音符,Time为节拍)uchar Music1_Tone = 2,3,1,1,2,3,1,1,2,3,5,5,5,6,1,1,6,1,2,2,2,1,6,6,6,1,2,2,3,2,1,2,2,2,0xFF ; uchar Music1_Time = 2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,0xFF ; /第二段uchar Music2_Tone = 1,3,3,3,3,5,4,2,5,3,7,6,5,5,7,4,4,3,6,7,2,1,0xFF ; uchar Music2_Time = 2,1,1,2,1,1,1,2,1,1,3,2,1,1,2,4,1,1,2,1,1,1,0xFF ;/第三段 uchar Music3_Tone = 0,1,2,3,4,5,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0xFF; uchar Music3_Time = 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0xFF;/第四段 uchar Music4_Tone = 0,1,2,3,4,5,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0xFF; uchar Music4_Time = 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0xFF;/-uint playhz=0;uint playtime=0;uchar playn=0;uchar reshbz=0;/自弹uchar diy =0,3,5,7,9,11,13,14,15; uchar diyTime =2,2,2,2,2,2,2,2,2;/音乐符号引用变量volatile uchar t = 0;volatile uchar i = 0;/播放模式volatile uchar play=0; /播放模式启动volatile uchar bz=0; /播放模式静音volatile uchar bz1=0; /播放曲目1void play1() t=Music1_Tonei; if(Music1_Tonei=0xff)i=0;TIMSK=0X00;_delay_ms(100); TIMSK=(1<<TOIE1); _delay_ms(Music1_Timei*200); playn=Music1_Tonei; playhz=toneMusic1_Tonei; playtime=Music1_Tonei*200; TIMSK=0X00; i=i+1; /播放曲目2void play2() t=Music2_Tonei; if(Music2_Tonei=0xff)i=0;_delay_ms(1000); TIMSK=(1<<TOIE1); _delay_ms(Music2_Timei*200); playn=Music2_Tonei; playhz=toneMusic2_Tonei; playtime=Music2_Tonei*200; TIMSK=0X00; i=i+1; /播放曲目3void play3() t=Music3_Tonei; if(Music3_Tonei=0xff)i=0;_delay_ms(1000); TIMSK=(1<<TOIE1); _delay_ms(Music3_Timei*200); playn=Music1_Tonei; playhz=toneMusic3_Tonei; playtime=Music3_Tonei*200; TIMSK=0X00; i=i+1; /播放曲目4void play4() t=Music4_Tonei; if(Music4_Tonei=0xff)i=0;_delay_ms(1000); TIMSK=(1<<TOIE1); _delay_ms(Music4_Timei*200); playn=Music4_Tonei; playhz=toneMusic4_Tonei; playtime=Music4_Tonei*200; TIMSK=0X00; i=i+1; /播放DIYvoid diymusic() TIMSK=0X00; if(!(key=20) t=key; TIMSK=(1<<TOIE1); _delay_ms(key+1)*40); TIMSK=0X00; playn=key; playhz=toneplayn; playtime=(key+1)*40; _delay_ms(600); key=20; if(playn>20)playn=0;void resh1() /显示hz：00000 t:00000 lcd1602_adr(0x00); lcd1602_writenumber('h'); lcd1602_adr(0x01); lcd1602_writenumber('z'); lcd1602_adr(0x02); lcd1602_writenumber(':'); lcd1602_adr(0x03); lcd1602_writenumber(0x30+playhz/10000); lcd1602_adr(0x04); lcd1602_writenumber(0x30+playhz%10000/1000); lcd1602_adr(0x05); lcd1602_writenumber(0x30+playhz%1000/100); lcd1602_adr(0x06); lcd1602_writenumber(0x30+playhz%100/10); lcd1602_adr(0x07); lcd1602_writenumber(0x30+playhz%10); lcd1602_adr(0x09); lcd1602_writenumber('t'); lcd1602_adr(0x0a); lcd1602_writenumber(':'); lcd1602_adr(0x0b); lcd1602_writenumber(0x30+playtime/10000); lcd1602_adr(0x0c); lcd1602_writenumber(0x30+playtime%10000/1000); lcd1602_adr(0x0d); lcd1602_writenumber(0x30+playtime%1000/100); lcd1602_adr(0x0e); lcd1602_writenumber(0x30+playtime%100/10); lcd1602_adr(0x0f); lcd1602_writenumber(0x30+playtime%10); /显示music：00 lcd1602_adr(0x40); lcd1602_writenumber('m'); lcd1602_adr(0x41); lcd1602_writenumber('u'); lcd1602_adr(0x42); lcd1602_writenumber('s'); lcd1602_adr(0x43); lcd1602_writenumber('i'); lcd1602_adr(0x44); lcd1602_writenumber('c'); lcd1602_adr(0x45); lcd1602_writenumber(':'); lcd1602_adr(0x46); lcd1602_writenumber(0x30+playn%100/10); lcd1602_adr(0x47); lcd1602_writenumber(0x30+playn%10); lcd1602_adr(0x49); lcd1602_writenumber('p'); lcd1602_adr(0x4a); lcd1602_writenumber('l'); lcd1602_adr(0x4b); lcd1602_writenumber('a'); lcd1602_adr(0x4c); lcd1602_writenumber('y'); lcd1602_adr(0x4d); lcd1602_writenumber(':'); lcd1602_adr(0x4e); lcd1602_writenumber(0x30+play%100/10); lcd1602_adr(0x4f); lcd1602_writenumber(0x30+play%10);/主函数void main(void) /端口配置 DDRA=0x00; PORTA=0xff; DDRB=0xff; PORTB=0xff; DDRC=0x00; PORTD=0xff; DDRD=0xf0; PORTD=0xff; DDRE=0X00; PORTE=0xff; DDRD&=(1<<0); EICRA=0X02; EIMSK=0X01; /延时 s_ms(50); /1602初始化 LcdInit(); TCCR1B=0X01; /T1预设 SEI(); /开中断 play=0; while(1) /获取按键值 if(play=0)key=keynumber(); if(play=0)diymusic(); resh1(); if(key1)bz1=1; if(key2)bz1=0; /- if(!(play=0)&&(bz1=0) /显示不同的界面 if(play=1)play1(); if(play=2)play2(); if(play=3)play3(); if(play=4)play3(); /定时器1溢出中断服务函数用于产生频率实现音乐符#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:15void timer1_ovf_isr(void)/ T/C1溢出中断 if(t=0xff)return; TCNT1=tonet; if(bz1=0)BEEP(); #pragma interrupt_handler INT0_ovf_isr:2void INT0_ovf_isr(void)/ play=(play+1)%5;i=0;#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include"key.h"#define RS 5#define RW 6#define EN 7#define RS0 PORTD &=(1<<RS); #define RW0 PORTD &=(1<<RW); #define EN0 PORTD &=(1<<EN); #define RS1 PORTD |=(1<<RS);#define RW1 PORTD |=(1<<RW);#define EN1 PORTD |=(1<<EN);#define out() DDRC=0XFF;PORTC=0X00;#define in() DDRC=0X00;PORTC=0XFF;#define out_p PORTC#define in_p PINC/查忙void busy(void) uchar temp;s_ms(1);RS0s_ms(1);RW1s_ms(1);while(temp)EN1s_ms(1);in();s_ms(1);temp = PINC&0x80; /读取A口s_ms(1); out();s_ms(1);EN0s_ms(1);/写指令void writecom(ucharcom)busy();s_ms(1);RS0s_ms(1);RW0s_ms(1);EN1s_ms(1);out_p=com; /输出指令s_ms(1);EN0s_ms(1);/1602初始化void LcdInit(void) out()writecom(0x38);s_ms(1000);writecom(0x01);s_ms(1000);s_ms(1000);writecom(0x02);s_ms(100);writecom(0x06);s_ms(100);writecom(0x0c);s_ms(100);writecom(0x38);s_ms(100);/写数据void lcd1602_writenumber(uchar data)busy();s_ms(1);RS1s_ms(1);RW0s_ms(1);EN1s_ms(1);out_p = data; /输出数据s_ms(1);EN0s_ms(1);void lcd1602_adr(uchar dat) writecom(0x80 | dat);/lcd1602_adr(0x00); lcd1602_writenumber('n');/lcd1602_adr(0x01); lcd1602_writenumber('u');/lcd1602_adr(0x02); lcd1602_writenumber('m');void s_ms(uint ms)for(;ms>1;ms-);void _delay_ms(uint i) uchar j; for(;i>0;i-) for(j=0;j<1000;j+); void _delay_us(uint i) uchar j; for(;i>0;i-) for(j=0;j<1;j+); #define key1 (PIND & (1<<1)=0X00)#define key2 (PIND & (1<<2)=0X00)uchar key=20;uchar keybz;uchar keynumber() DDRA = 0xf0;/高四位输出，低四位输入PORTA= 0x0f; if (PINA & 0x0f)!=0x0f) switch (PINA) case 0b00001110: key=0; break;/记录输出PINBcase 0b00001101: key=1; break;case 0b00001011: key=2; break;case 0b00000111: key=3; break;DDRA = 0x0f;/高四位输入、低四位输出PORTA= 0xf0;_delay_ms(5);switch (PINA) case 0b11100000: key+=0; break;/记录输出PINBcase 0b11010000: key+=4; break;case 0b10110000: key+=8; break;case 0b01110000: key+=12;break; return key;4） 调试过程，最终的实现结果分析 当所有原件连接完成之后，按左下角的运行按钮就会出现运行结果。如果出现问题，首先应当检查原件连接是否有问题，特别是接地和电源，在保证连接无问题的情况下，检查单片机中烧录的c语言文件语法是否有错误，这个过程需要细心的检查。 成功运行后的结构如图当按下某个键位之后会产生一下结果其中“hz”表示声音频率，“t”表示发声时间，“music”表示声音编号，“play”表示预存的歌曲编号。5）心得体会这次实验,使我初步了解了proteus进行单片机的仿真，学会了proteus仿真软件的基本使用,能够在摸索中进行仿真的流程。获益匪浅。在本次试验中我发现，想要做好这次实验，就必须在做实验前，最迟上实验课前，一定要把本次实验的内容好好了解一下，这是做实验的基础，否则就会不知道怎么做这次实验，完全的一头雾水。做实验时，一定要仔细看电脑中proteus教程的，务必要将每个步骤，弄清楚，才能了解这个软件的基本操作。总之，这次实验，使单片机原理及应用这门课的一些理论知识与实践相结合，更加深刻了我对这门课的认识，巩固了我的理论知识。设计成绩评定评分内容具体要求总分评分上机时间上机时间是否达到要求的学时，按照实际情况给与一定的成绩。10分报告审阅结果报告结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，不与别人雷同。30分验收结果原理原理清楚，能较好地理解课题任务并提出实施方案。20分完成情况独立完成规定设计任务，论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理，有一定的创新。30分操作能熟练操作相关工具软件，并利用工具软件完成设计任务。10分总成绩（五分制）100分指导教师评阅意见注：放最后一页