電子實訓課程實驗項目
????????????????????? --電子琴
【前言】
?????? 為進一步激發(fā)學生對于硬件編程的興趣而開展的課程“電子實訓”課程到目前為止已經要告一段落了。將近四周的時間，從電路板印刷、貼片參觀，到自己親手將原件焊接到電路板上，再到一步一步熟悉STC編程當中的技巧，我們漸漸對硬件編程有了初步的認識，雖然并不一定能完成什么高級的設計，但是對目前所涉及到的數(shù)碼管、LED、撥碼開關、中斷、定時器、傳感器的應用已經有了初步認識，也可以寫出一些簡單的應用。為驗證十幾天的學習成果，每個人都會根據(jù)給出的53個例程當中選擇自己比較熟悉或者擅長的方面進行一個創(chuàng)新設計或者擴展設計，也或者融合多個方面。
?? 我完成的項目是一個“電子琴”，基于工程“電子音樂”改編而來，不過也做出了很多的改變，也增加了一些東西，使得整個項目看起來還算不錯。
【實驗目的與要求】
1、???熟練掌握定時器的應用，以及如何通過定時器驅動蜂鳴器發(fā)出一定頻率的聲音，掌握簡譜與定時器重裝值之間的關系，能夠實現(xiàn)蜂鳴器譜樂；
2、???熟悉下位機編程，usb轉串口原理應用，相關寄存器的使用，并且實現(xiàn)該功能，為上、下位機通信奠定基礎；
3、???熟悉上位機編程方法，可以參考相關資料，設計并實現(xiàn)上位機；
【設計概要】
本案例的設計主要可以分為兩個部分，上位機部分的設計和下位機部分的設計
上位機：
?? 案例的上位機是用MFC以及MFC中的串口控件來完成的。上位機中共有8個按鍵，一個下拉框，三個復選框，七個按鍵完成對音符頻率的選擇，對應簡譜中的DO,RE,MI,FA,SO,LA,XI,每當一個按鍵被按下的時候，上位機會通過串口將一個字節(jié)發(fā)送到單片機，在發(fā)送的時候，上位機會檢測被選中的復選框，若選中的是“低八度”，則會發(fā)送低八度對應的音節(jié)；若選中的是“中八度”，則會發(fā)送中八度對應的音節(jié)，高八度也類似。下拉框控制的是串口號的選擇，列出了電腦主機所配置的串口號，串口號下面有一個“打開窗口”的按鈕，當點擊的時候，上位機會檢測下拉框中選擇的串口號，并將其對應的串口號打開。在點擊的同時，上位機會設置串口的相關屬性值，m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1");設置串口波特率為9600，無校驗位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，并設置以二進制方式撿取數(shù)據(jù)，清空緩沖區(qū)。
下位機：
? 下位機設計的重要部分在于串口和蜂鳴器兩個部分。串口部分使用的是串口1中斷，串口1中斷使用TH1和TL1作為串口中斷的計時器，使用TL1=(65536-(Machine_Focs/4/BAUD1));TH1=(65536-(Machine_Focs/4/BAUD1))>>8作為重裝值，當串口發(fā)生中斷的時候，會觸發(fā)中斷處理程序。中斷處理程序中會將已經轉換成1的RI端口和TI端口轉換成0，返回源程序，開始下一次中斷的歷程，并且會觸發(fā)playmusic函數(shù)，將display中的音節(jié)在蜂鳴器中播放。
測試方法：
（1）打開“piano”工程文件，找到“hex”文件；
（2）打開ISP下載器，選中該“hex文件”，選中對應的端口，點擊下載；
（3）下載完成，打開上位機“test.exe”，選中對應的端口，點擊“打開串口”；
（4）串口打開，選中對應的音階，低八度，中八度，或者高八度，然后點擊按鈕，蜂鳴器發(fā)出聲音；
（5）測試完成；
?
【實驗原理】
1、實驗原理圖
（1）無源蜂鳴器電路原理圖
?????????????????????????????
（2）芯片相關引腳圖
?
（3）單片機下載電路
?
2、USB轉串口原理：單片機集成了USB轉串口模塊，對應使用RXD線接收數(shù)據(jù)，用TXD發(fā)送數(shù)據(jù)。每個串口由2個數(shù)據(jù)緩沖器（相互獨立1收1發(fā)）、一個移位寄存器（一字節(jié)數(shù)據(jù)一位一位發(fā)送出去）、一個串行控制器和一個波特率發(fā)生器（這個比較重要，結合相關的定時器）組成。對應發(fā)送、接收數(shù)據(jù)完成（RI、TI硬件置1）都會觸發(fā)串口中斷，但是無法確定是哪個觸發(fā)的，所以在串口中斷中我們要判斷是接收數(shù)據(jù)產生的中斷還是發(fā)送數(shù)據(jù)產生的中斷，對于發(fā)送數(shù)據(jù)產生的中斷，我們要軟件將TI清0，并將數(shù)據(jù)就緒標志清0，允許下一字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)中通過while循環(huán)，等待發(fā)送數(shù)據(jù)準備就緒，完了將就緒的數(shù)據(jù)復制給SBUF；對于接收數(shù)據(jù)產生的中斷，我們要軟件將RI清0，并從SBUF中讀取數(shù)據(jù)。
3、蜂鳴器原理：
本實驗板采用的是無源蜂鳴器，無源內部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K~5K的方波去驅動它。相比與有源蜂鳴器，無源蜂鳴器的優(yōu)點在于價格便宜，可以通過控制其振動頻率來改變發(fā)出的聲音，做出“多來米發(fā)索拉西”的效果。因此，無源蜂鳴器可以用于音樂的播放。而有源蜂鳴器的優(yōu)點在于使用簡單，不需要編寫“樂譜”。本實驗板使用的無源蜂鳴器是電磁式蜂鳴器，電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，接收到的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。
蜂鳴器部分每個音符都有自己對應的頻率，每個頻率也多有自己對應的簡譜碼，每一個簡譜碼都對應了一個計時器重裝值，比如說低1DO頻率是262Hz，則振動周期T=1000ms/262Hz=3.817ms，要求定時器在3.817ms會產生一個周期振動，由于一個周期振動是兩次電平變化，而每一次定時器中斷只有一次電平變化，所以要將定時器設置成1.908ms震動一次，也就是1908us，因此可以得到定時器重裝值為65536-1908=63628。
?
【源碼展示與說明】
下位機部分：
/*文件名稱piano.c
通過串口用上位機控制單片機上面的蜂鳴器發(fā)出不同頻率的聲音
*/
#include"STC15F2K60S2.H"
//宏定義
#defineuchar unsigned char
#defineuint unsigned int
?
#defineMachine_Focs 11059200L? ?????????? //晶振頻率 11.0592MHz
#defineBAUD1 9600??????????????????????? //波特率，這里使用的是9600
?
sbitLED_SEL=P2^3;
sbitbeep=P3^4;????????? ? ??????????????? //蜂鳴器引腳
uchartimeh,timel;?????? ? ??????????????? //定時器的重裝值
?
/*收發(fā)數(shù)據(jù)相關*/
uchardisplay;??????????????????????????? //單片機上SBUF緩沖的數(shù)據(jù)
ucharflag;
intcount=0;????????????????????????????? //計數(shù)器，用來分頻
ucharduanxuan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,
0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
????????????????????????????????????????? //段選信號，選擇0-f
/*蜂鳴器振動頻率相關*/
ucharcode quzi[] ={ ? ??????????? ?????? //此數(shù)組作為各個音符在定時器中的重裝值
//低八度
0xf8,0x8c,0xf9,0x5b,0xfa,0x15,0xfa,0x67,0xfb,0x04,0xfb,0x90,0xfc,0x0c,
//中八度
0xfc,0x44,0xfc,0xac,0xfd,0x09,0xfd,0x34,0xfd,0x82,0xfd,0xc8,0xfe,0x06,
//高八度
0xfe,0x22,0xfe,0x56,0xfe,0x6e,0xfe,0x9a,0xfe,0xc1,0xfe,0xe4,0xff,0x03
};
/***************************************************************
曲調
****************************************************************/
ucharquyin(uchar tem)
{
??? uchar qudiao,jp,weizhi;???? ? //定義曲調，音符，位置
??? qudiao=tem/16;????????????? ? //高四位為是曲調值
??? jp=tem%16;?????????????? ? ???//低四位是音符
??? if(qudiao==1)??????????? ? ???//當曲調值為1的時候，低八度，低八度在quzi數(shù)組中的基址為0
??? qudiao=0;
??? else if(qudiao==2)????????? ? //當曲調值為2的時候，中八度，中八度在quzi數(shù)組中的基址為14
?????? qudiao=14;
??? else if(qudiao==3)????????? ? //當曲調值為3的時候，高八度，高八度在quzi數(shù)組中的基址為28
?
?????? qudiao=28;
??? weizhi=qudiao+(jp-1)*2;???? ? //基址加上偏移量得到音符對應數(shù)組中的位置
??? return weizhi;????????????? ? //返回位置值
}
/**********************
函數(shù)名稱：void delay(unsigned int xms)
功能描述：延時
入口參數(shù)：xms：輸入需要延時的毫秒值
出口參數(shù)：無
***********************/
voiddelay(uint xms)
{
??? uint i;
??? for(; xms>0; xms--)???????????????????
?????? for(i=114; i>0; i--)
?????? {}
}???
/**********************
函數(shù)名稱：Timer0
功能描述：定時器0的中斷響應函數(shù)，用來控制蜂鳴器
***********************/
voidTimer0() interrupt 1?? ?
{
??? count++;
??? if (count==4)
??? {
?????? count=0;
??? }
??? TH0=timeh;
??? TL0=timel;
??? if(flag==1&&count==3)????????????? //四分頻
??? {
??? ?beep=~beep;
??? }
}
/**************************************************************
函數(shù)名稱：Uart1_Init
功能描述：初始化串口中斷
***************************************************************/
voidUart1_Init(void)
{
??? AUXR=0X80;??????????????????????????????? //輔助寄存器，使T0x12=1，此時不分頻
??? SCON|=0X50; ????????????????????????????? //SM0=0,SM1=1,串口以方式1工作，8位Uart，串行口1用定時器1作為其波特率發(fā)生器且定時器1工作于模式0；REN=1,開啟串口接收
??? TL1=(65536-(Machine_Focs/4/BAUD1));
??? TH1=(65536-(Machine_Focs/4/BAUD1))>>8;
??? AUXR|=0X40;?????????????????????????????? //使T0x12=1，此時不分頻
??? RI=0;????? ?????????????????????????????? //接收終端標志位
??? TI=0;????? ?????????????????????????????? //發(fā)送中斷標志位
??? TR1=1;???? ?????????????????????????????? //啟動的定時器1
??? ES=1;????? ?????????????????????????????? //串口中斷允許位
??? EA=1;????? ?????????????????????????????? //總中斷允許位
}
/**************************************************************
函數(shù)名稱：Init
功能描述：完成各部分功能模塊的初始化
***************************************************************/
voidInit()?????????????????????????????????? //初始化操作
{
??? P3M0=0x00;??????????????????????????????? //推挽模式
??? P3M1=0x00;
??? P2M0=0xff;
? ? P2M1=0x00;
? ? P0M0=0xff;
? ? P0M1=0x00;
??? TMOD=0x01;??????????????????????????????? //定時器0，方式1，要求每一次中斷之后手動重裝
??? ET0=1;??????????????????????????????????? //開啟定時器0中斷
??? EA=1；??????????????????????????????????? //開啟總中斷
??? TH0=0x00;
??? TL0=0x00;
??? TR0=1;???? ??????????????????????????????? //啟動定時器0
??? beep=0;?????????????????????????????????? //蜂鳴器初始化0
??? flag=0;
??? P0=0;
??? Uart1_Init();???????????????????????????? //串口中斷
??? display = 0x00;???????????????? ?????????? //初始化數(shù)據(jù)緩沖器
??? LED_SEL=0;??????????????????????????????? //設置數(shù)碼管顯示狀態(tài)
}
/**********************
函數(shù)名稱：void playmusic()
功能描述：播放音樂
***********************/
voidplaymusic(uchar p)?????????????????????? //p為音節(jié)
{
??? uchar tem;?????????????????????????????? ???
??? tem=quyin(p);???? ???????????????????????? //找到p音節(jié)在quzi數(shù)組中的位置
??? timeh=quzi[tem];? ?????? ????????????????? //音節(jié)重裝值的高八位
??? timel=quzi[tem+1];??????????????????????? //音節(jié)重裝值的低八位
??? TR0=1;???????????? ???????????????????????//開啟定時器0中斷
??? delay(0x10*180);??????????? ?????????? ???//延時一個節(jié)拍?
??? TR0=0;??????????????????????????????????? //關閉定時器0中斷
}
/*************************************************************
串口1中斷相應程序
**************************************************************/
voidUart1_fun() interrupt 4
{
??? if(RI)??????? ?????????????????????????? //接受完數(shù)據(jù)以后，RI自動轉1
??? {
?????? flag=1;
?????? RI=0;
?????? display=SBUF;
?????? //TR0=1;
?????? playmusic(display);
??? }
??? //if(TI)????? ??? ??????????????????????? //接受完數(shù)據(jù)以后，RI自動轉1
??? //{
?????? //TI=0;
?????? //Uart1_Sendbusy=0;
??? //}
}
/**************************************************************
主函數(shù)
***************************************************************/
voidmain()?????????????????????????????????????
{
??? Init();???
??? while(1){}??????????????????????????????? //執(zhí)行死循環(huán)
}
?
上位機部分：
int nIndex =m_chuankou_select.GetCurSel();
CString strCBText;
m_chuankou_select.GetLBText(nIndex,strCBText);
用來控制從下拉框m_chuankou_select中獲得已經選擇的串口號，并且將其存儲在字符串strCBText中；
if(strCBText=="")
?????? AfxMessageBox("請選擇串口");
??? else if(strCBText=="com1")
?????? m_ctrlComm.SetCommPort(1);
??? else if(strCBText=="com2")
?????? m_ctrlComm.SetCommPort(2);
。。。。。。
用來打開strCBText對應的串口號
m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1");//波特率9600，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位? ?m_ctrlComm.SetInputMode(1); //1：表示以二進制方式檢取數(shù)據(jù)?
m_ctrlComm.SetRThreshold(1);//參數(shù)1表示每當串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于1個字符時將引發(fā)一個接收數(shù)據(jù)的OnComm事件?
m_ctrlComm.SetInputLen(0);//設置當前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0?
m_ctrlComm.GetInput();//先預讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)?
設置串口屬性
UpdateData(TRUE); //讀取編輯框內容
??? if(flag==3)
?????? m_ctrlComm.SetOutput(COleVariant((CString)0x31));//發(fā)送數(shù)據(jù)
??? else if(flag==2)
?????? m_ctrlComm.SetOutput(COleVariant((CString)0x21));//發(fā)送數(shù)據(jù)
??? else if(flag==1)
?????? m_ctrlComm.SetOutput(COleVariant((CString)0x11));//發(fā)送數(shù)據(jù)
??? else
?????? AfxMessageBox("請選擇一個音階");?
控制發(fā)送高中低八度的DO，其他音節(jié)類似
CStringstr[]={"com1","com2","com3","com4","com5","com6","com7","com8","com9"};
??? ((CComboBox*)GetDlgItem(IDC_chuankou_select))->ResetContent();
??? CString defaultstr=str[0];
??? SetDlgItemText(IDC_chuankou_select,defaultstr);
??? for(int i=1;i
??? {
?????? ((CComboBox*)GetDlgItem(IDC_chuankou_select))->AddString(str[i]);
??? }
填充下拉框
【實驗總結】
1、???接收中斷自動置1的問題：在串口傳輸?shù)倪^程當中，使用RXD接收上位機傳過來的數(shù)據(jù)，使用TXD傳出數(shù)據(jù)，每當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，TI會自動置位為1，請求接收中斷處理；每當數(shù)據(jù)接收完成，RI會自動置位為1，請求發(fā)送中斷處理，由于TI和RI以“或”邏輯關系向主機請求中斷，所以主機響應中斷時事先并不知道是TI還是RI請求的中斷，必須在中斷服務程序中查詢TI和RI進行判別，然后分別處理，因此，兩個中斷請求標志位均不能由硬件自動置位，必須通過軟件置零，否則將出現(xiàn)一次請求多次向英的錯誤。這里采用的是在中斷處理程序中進行軟件置位，也就是每一次中斷結束時檢測中斷的類型，進而對對應的中斷標志位進行置位。
2、???音節(jié)的節(jié)拍的完成：即控制某一頻率的震動在某一指定時間內完成。這一功能是通過控制定時器0的開關實現(xiàn)的，即當單片機接收到串口數(shù)據(jù)時，會執(zhí)行playmusic函數(shù)，在默認情況下，定時器0開關TR0=0是關閉狀態(tài)，執(zhí)行playmusic的同時，打開定時器開關TR0=1，中間延時0x10*180ms一個節(jié)拍，延時結束后將定時器控制TR0置0，等待下一次輸入。由于在之前的“電子音樂”工程當中是用數(shù)組存儲音節(jié)和節(jié)拍的，每兩個字節(jié)決定一個音階和一個節(jié)拍，在串口中一次只能傳輸一個字節(jié)，所以如果要實現(xiàn)節(jié)拍功能就會給用戶帶來很多不便，所以在這里舍去了節(jié)拍的選擇，轉而采用固定的一個節(jié)拍。
【實驗心得】
1、???單片機使用c語言進行編程，這樣給嵌入式開發(fā)者帶來了很大的方便，畢竟我們最初接觸到的語言就是c語言，不過和之前的c語言編程相對比，現(xiàn)在編程語句結構相對分散或者說是獨立而不像之前的編程當中體現(xiàn)的非常強的邏輯，但是由于新加入的中斷定時器等會再各個結構之間產生影響，仍然需要非常注意，特別是對于中斷概念的理解，可以參考“深入理解計算機系統(tǒng)”這本書；
2、???要多編程，了解各個引腳，寄存器的用法、功能。雖說我們做硬件編程的時候可以隨時查找數(shù)據(jù)手冊尋找需要的知識，但是如果能記住這些寄存器、引腳的分布、用法，無疑會給硬件編程帶來非常大的方便，這就要求我們多編程，才能比較好的掌握；
3、???stc硬件編程入門很容易，也就是說很容易便可以掌握stc板的一些基本用法，像是數(shù)碼管、led、定時器等等，但是要編出比較強大好用的硬件程序，就必須多去了解各種中斷用法、編程技巧等，并且這些知識經驗只能靠自己在編程的過程中發(fā)現(xiàn)，不是任何老師可以教授的，所以，學習單片機，要親力親為。
下載文檔
