ATmega16电子琴的设计与实现.docx

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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

　　3.2　4x4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

voｉd　ｐort_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）

{

uｉnt　i,ｊ;

foｒ（ｉ＝0;i<ｍs；i++）

{foｒ（j=0;j<114１;j++）;｝

}

//*******＊*＊******＊*******＊＊*＊**＊**＊***＊**

ｖoidshｏw＿ｍusic1（void）　　　　/／猎人进行曲

{

uint　　ii,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，

ﻩﻩﻩﻩﻩ3,20０,50,３，20０，5０,２,200,50,5，2０0,５0,2,200，50,5,２００,50,

ﻩﻩ　3,150,０,4，１50，0,３,15０,0,2，150,0,1,15０,50，-2，１50,50,1,１50,４00，

ﻩﻩ１,１5０,０,2,１5０，0，３,150,0，４，１50,１00,5，150,400,

ﻩﻩ3,200,50,3,2００,50，2,２０0,50,5，2０0,50,7，2０0,５0,6,200，50,5,２00,800

ﻩﻩﻩ};

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

}

//************＊＊*＊****＊*＊＊****＊****＊*＊****

vｏｉd　ｓｈow_ｍｕsic２（voiｄ）　/／两只老虎

{

uintii,y１，y2，y３;

ｕchar　mｕｓｉｃ2[]＝

{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

}

//***＊＊*＊****＊********＊*＊******＊*******＊*＊

void　shｏw_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,

ﻩﻩﻩ　4，200,400，4,20０,４00,3，２00，400，３,200,40０，

ﻩﻩﻩ2,200,4０0,2，２0０,40０,1,400,8０0,

ﻩ5，2００,４０0,5，200,4０0,4,2０0，400，4,200,400,

ﻩﻩ３,２00,4００,３,２00,４０0,2，4０0,１000,

ﻩﻩﻩ　5,２0０，４00,5，2０0,4０0，4,200,400,4,200，400,

ﻩﻩ　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,

ﻩﻩﻩﻩ　4,２00,400，４,200，40０,３,2０0,4０0,3,２00，４00,

ﻩ　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;

uchaｒ　muｓic4［］=　{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,

ﻩ　　　5，20,５0,5,２0,10０，12，50,0,10，５0,10０，8,４0，0,７,40,0，６,70，100,

ﻩﻩﻩﻩ　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

}

//＊*＊＊*＊*****＊*＊******＊**＊**＊＊＊***＊*****＊＊

void　show_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）；

}

／/**＊*＊**＊******＊*＊**＊*****＊＊**＊*******＊**

void　mａin（void）

{

uchａr　c;

uint　ｎ;

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

}

}