通信工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)--基于sep3203的電子琴模型

1、<p>　　1、需求分析

2、

3、 </p><p><b>　　1.1基本功能</b></p><p>　　想法來源：例如電子琴之類的鍵盤樂器。早期電子琴的原理是：檢測鍵盤上的按鍵是否按下，若按下，則相應(yīng)的蜂鳴器發(fā)出聲音。這樣，每個(gè)電子琴需要的蜂鳴器就很多。但是

4、，這樣做很浪費(fèi)資源。所以，可以采用另一種方法，只用一個(gè)發(fā)聲設(shè)備，每個(gè)按鈕按下，對(duì)應(yīng)加入一個(gè)相應(yīng)的分量，將最終的波形輸出來。 </p><p>　　實(shí)際功能描述：按不同的按鍵，發(fā)出不同的聲音。按下按鈕之后，發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷時(shí)，先檢測按下的是哪一個(gè)按鈕，然后控制發(fā)出相應(yīng)PWM波，輸出到蜂鳴器上，發(fā)出相應(yīng)的聲音。最后，CPU繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行主程序，等候下一個(gè)中斷請(qǐng)求的到來。</p><p

5、><b>　　1.2附加功能</b></p><p>　　想法來源：調(diào)試過程中，需要查看按鍵的狀態(tài)，需要查看是否正確檢測到了按鍵，是否能夠給出正確的鍵碼，所以增加了這一功能。</p><p>　　功能描述：利用LED數(shù)碼管，顯示按下的按鍵。</p><p><b>　　2、總體設(shè)計(jì)</b></p>&l

6、t;p>　　2.1基本功能使用的模塊</p><p>　　第一部分包括兩個(gè)主要軟件模塊和兩個(gè)外圍的硬件模塊：</p><p>　　2.2加入附加功能之后的模塊組成</p><p>　　加入第二部分后的框圖如下：</p><p>　　增加了一個(gè)新的程序模塊和硬件模塊。</p><p>　　程序運(yùn)行的流程如下：<

7、;/p><p>　　第二部分是對(duì)第一部分的完善和改進(jìn)，但是在程序執(zhí)行的流程中，僅僅在處理鍵碼信息步驟，增加了“根據(jù)鍵碼控制點(diǎn)亮數(shù)碼管”這一部分。</p><p><b>　　3、可行性分析</b></p><p>　　該系統(tǒng)包含了輸入、處理、輸出三個(gè)部分。其中，輸入即為按鍵，使用矩陣鍵盤完成，實(shí)際的電子琴鍵盤含有更多的按鍵，但由于這僅僅是模型，所以

8、，不需要使用那么多的按鍵。處理部分是基于SEP3203的程序，通過輸入的按鍵信息，修改寄存器的相應(yīng)位，使得最終能夠輸出相應(yīng)的PWM波，控制蜂鳴器響。此外，還可以根據(jù)輸入的按鍵信息，將輸入的按鍵值顯示在LED七段數(shù)碼管上。輸出即為蜂鳴器和LED數(shù)碼管，硬件電路已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)箱上連接好。</p><p>　　4、詳細(xì)設(shè)計(jì)與分工日志</p><p><b>　　4.1輸入：</b&g

9、t;</p><p>　　4.1.1 器件原理</p><p>　　采用矩陣鍵盤，矩陣鍵盤有兩種驅(qū)動(dòng)方式：一種是行掃描法，另一種是高低電平翻轉(zhuǎn)法。這里采用了行掃描法。包括兩個(gè)步驟：</p><p>　　判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按

10、鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。</p><p>　　判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。</p><p>　　4.1.2 相關(guān)代碼</p

11、><p><b>　　鍵盤中斷的調(diào)用：</b></p><p><b>　　尋找被按下的按鍵：</b></p><p><b>　　4.2發(fā)聲器件</b></p><p>　　4.2.1 PWM波輸出原理</p><p>　　發(fā)聲器件即為蜂鳴器，通過控制輸出

12、的PWM波的波形來控制發(fā)出的聲音。PWM波包括兩個(gè)參數(shù)：頻率和占空比?？刂祁l率，可以控制發(fā)出聲音的頻率；控制占空比，可以控制聲音的響度。</p><p>　　在所用開發(fā)板GE01中，PWM 模塊中包含了2 個(gè)PWM 通道，彼此相互獨(dú)立。</p><p><b>　　相關(guān)寄存器： </b></p><p>　　4.2.2控制寄存器（PWMC）：&

13、lt;/p><p><b>　　高16位為保留位</b></p><p>　　bit15——中斷請(qǐng)求狀態(tài)（0 = FIFO 滿、1 = FIFO 不滿）</p><p>　　bit14——中斷請(qǐng)求使能 （0 = 不使能（缺?。? = PWM 中斷使能）</p><p>　　bit 13——FIFO 有效狀態(tài)（0 = FIF

14、O 滿、1 = FIFO 不滿）</p><p>　　bit 12 —— PWM 使能 （0 = PWM 不使能、1 = PWM 使能）</p><p>　　bit 11－10 ——選擇playback 模式下采樣被重放的次數(shù)（00 = 沒重復(fù)，01 = 播放兩次、10 = 重復(fù)3 次（播放4次）、11 = 重復(fù)7 次（播放8次））</p><p>　　bit 9－

15、0 （PRESCALER）——用來提供分頻因子的（prescaler+1），對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻。缺省值是0。1 = 2 分頻、2 = 4 分頻…</p><p>　　4.2.3采樣寄存器（PWMS）: </p><p><b>　　高16位為保留位</b></p><p>　　Bit 15－0 ——PWMS 采樣值 PWM 采樣寄存器是FIF

16、O 的輸入。此值和一個(gè)自由計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器比較。當(dāng)大于計(jì)數(shù)器值時(shí)PWM 輸出為高，反之輸出為低。</p><p>　　4.2.4周期寄存器（PWMP）：</p><p><b>　　高16位為保留位</b></p><p>　　bit15-0—— Period 值/定時(shí)值 在tone 模式時(shí)，其用于設(shè)置計(jì)數(shù)器的復(fù)位值。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到此值就復(fù)位一次，P

17、WM 輸出也相應(yīng)翻轉(zhuǎn)一次。</p><p>　　4.2.5計(jì)數(shù)器寄存器（PWMCNT）：</p><p><b>　　高16位為保留位</b></p><p>　　bit15-0 ——當(dāng)前的計(jì)數(shù)值 它保存著自由計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。</p><p>　　依據(jù)上述寄存器各位的功能，通過合適的賦值便可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)所要求的基本

18、功能。</p><p>　　4.2.6相關(guān)代碼：</p><p><b>　　主函數(shù)：</b></p><p>　　STATUS模塊初始化</p><p><b>　　4.3 LED顯示</b></p><p>　　4.3.1 動(dòng)態(tài)顯示原理</p><p&

19、gt;　　圖 十二動(dòng)態(tài)顯示LED的連接</p><p>　　由圖，六個(gè)數(shù)碼管每個(gè)都有一個(gè)選擇信號(hào)，當(dāng)置“1”時(shí)，該數(shù)碼管的相關(guān)段亮。對(duì)于此動(dòng)態(tài)顯示電路，有六個(gè)數(shù)碼管，使用的頻率由定時(shí)器產(chǎn)生，為500Hz，即周期為2ms。此外，將每個(gè)數(shù)碼管相同的段連在一起到段數(shù)據(jù)線上。在第一個(gè)2ms，第一個(gè)數(shù)碼管允許點(diǎn)亮，同時(shí)，需要點(diǎn)亮的段置“1”，在這2ms內(nèi)，只有第一個(gè)數(shù)碼管亮。在第二個(gè)2ms，第二個(gè)數(shù)碼管允許點(diǎn)亮，同時(shí)，需要

20、點(diǎn)亮的段置“1”，在這2ms內(nèi)，只有第二個(gè)數(shù)碼管亮……如此，每個(gè)2ms只有一個(gè)數(shù)碼管亮，所以，不會(huì)相互影響，導(dǎo)致顯示不清。而且，由于每個(gè)數(shù)碼管刷新的周期非常小，本實(shí)驗(yàn)中為12ms，小于人眼的分辨時(shí)間。所以，看起來，好像同時(shí)亮了。</p><p>　　4.3.2 定時(shí)器輸出</p><p>　　如圖，定時(shí)器用到的IO端口位置如下：</p><p>　　TIMER 是片

21、內(nèi)集成的 32bit 定時(shí)器，該模塊共包括4個(gè)通道，每個(gè)通道包括一個(gè) 32 位計(jì)數(shù)器，以及一個(gè)加載計(jì)數(shù)寄存器。計(jì)數(shù)器的重新加載、計(jì)數(shù)使能以及中斷的產(chǎn)生受到控制寄存器的各個(gè)控制位的控制。定時(shí)器的工作原理是：首先要設(shè)定定時(shí)器的初值，然后啟動(dòng)定時(shí)器。一旦啟動(dòng)，定時(shí)器就從初值開始累計(jì)增加或減?。ㄔ趯?shí)驗(yàn)所用的芯片中是遞減）。每增加或減小一個(gè)數(shù)需要特定的時(shí)間，這個(gè)特定的時(shí)間是累加指令的機(jī)器周期，是由處理器的晶振的頻率（本實(shí)驗(yàn)中晶振的頻率是75MHz

22、）決定的。計(jì)數(shù)值從初值計(jì)至 0 時(shí)，TIMER 模塊發(fā)出中斷，然后計(jì)數(shù)器跳至用戶配置的值，重復(fù)遞增或遞減過程。在中斷寄存器允許的情況下處理器響應(yīng)中斷，通過中斷服務(wù)程序執(zhí)行特定的任務(wù)。</p><p>　　TIMER中的一個(gè)通道的功能結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　TIMER 有兩種工作模式： </p><p><b>　　正常工作模式 </b>

23、;</p><p>　　TIMER 在正常工作模式時(shí)，當(dāng)通道使能后計(jì)數(shù)器鎖存加載計(jì)數(shù)寄存器的值，然后在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)到零的標(biāo)志用于設(shè)置相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，若中斷未被屏蔽則產(chǎn)生中斷；同時(shí)，計(jì)數(shù)器重新鎖存加載計(jì)數(shù)寄存器的值開始一個(gè)新的計(jì)數(shù)周期。 </p><p><b>　　自由工作模式 </b></p><p>

24、;　　TIMER 在自由工作模式時(shí)，當(dāng)通道使能后計(jì)數(shù)器鎖存加載計(jì)數(shù)寄存器的值，然后在系統(tǒng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)到零的標(biāo)志用于設(shè)置相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，若中斷未被屏蔽則產(chǎn)生中斷；同時(shí)，計(jì)數(shù)器加載數(shù)據(jù) 32’H FFFFFFFF 開始一個(gè)新的計(jì)數(shù)周期。</p><p>　　TIMER 中四個(gè)通道的中斷都可以通過各自的控制寄存器屏蔽。任意一個(gè)通道計(jì)數(shù)完畢都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。TIMER 的中斷輸出是四

25、個(gè)中斷源的線或。 </p><p>　　查詢中斷源有兩種方法：</p><p>　?。ㄒ唬┎樵兏鱾€(gè)通道的中斷屏蔽狀態(tài)寄存器是否被置 1；</p><p>　　（二）查詢 TIMER中斷屏蔽狀態(tài)寄存器，看各個(gè)通道相應(yīng)位是否被置 1。 </p><p>　　清除中斷的方法也有兩種：</p><p>　?。ㄒ唬┳x各個(gè)通道的中

26、斷狀態(tài)清除寄存器，相應(yīng)通道的中斷會(huì)被清除；</p><p>　?。ǘ┳x TIMER 中斷狀態(tài)清除寄存器，所有通道的中斷都會(huì)被清除。 </p><p>　　查詢到中斷源后，如果不重新配置加載計(jì)數(shù)寄存器，計(jì)數(shù)器會(huì)按照原來的配置繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)完畢再發(fā)出中斷。如果要重新配置，清完中斷后應(yīng)該先將計(jì)數(shù)器關(guān)閉（disable） ，然后配置新的計(jì)數(shù)值，再將計(jì)數(shù)器打開(enable)。</p&g

27、t;<p>　　4.3.3 相關(guān)寄存器</p><p>　　4.3.4相關(guān)代碼：</p><p><b>　　調(diào)用LED顯示：</b></p><p><b>　　LED顯示模塊：</b></p><p><b>　　LED顯示程序：</b></p>

28、<p><b>　　翻譯碼值</b></p><p><b>　　LED輸出</b></p><p>　　74HC595鎖存鎖存輸出，即led顯示使能</p><p><b>　　分工日志：</b></p><p>　　9月20日（周二）：各組員熟悉ADS界面環(huán)境，

29、練習(xí)基本操作。組長確定選題，完成需求分析，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)并論證可行性和可完成性。</p><p>　　9月22日（周四）：黃哲忱和殷杰選取各模塊可供參考的代碼，并將代碼在實(shí)驗(yàn)箱上測試。學(xué)習(xí)、熟悉各段代碼的含義。將代碼的接口給出。交由毛彥和費(fèi)馳同學(xué)。</p><p>　　9月26日（周一）：毛彥和費(fèi)馳完成第一部分的程序和調(diào)試。調(diào)試過程中，使用了LED數(shù)碼管。</p><p&

30、gt;　　9月28日（周三）：將調(diào)試過程中使用的LED數(shù)碼管程序段改寫成第二部分的模塊，并完成調(diào)試。</p><p>　　9月30日（周五）：整體功能測試，組長慢慢寫論文。</p><p><b>　　5、測試</b></p><p>　　使用LED數(shù)碼管檢測從矩陣鍵盤輸入的按鍵時(shí)，發(fā)現(xiàn)段碼表有問題，與實(shí)際的不對(duì)應(yīng)，所以給控制哪個(gè)段點(diǎn)亮的變量依

31、次賦值為0x01、0x02、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40、0x80。即分別點(diǎn)亮一個(gè)段，以確定每一位對(duì)應(yīng)段。</p><p>　　其次在LED顯示和PWM輸出合一的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行出錯(cuò)。后來發(fā)現(xiàn)是調(diào)用了同一個(gè)變量，導(dǎo)致了沖突。</p><p>　　最后一個(gè)問題是，解決了上面的問題后，按下7、8、9三個(gè)按鍵的時(shí)候，會(huì)死機(jī)。后來發(fā)現(xiàn)是顯示的短碼表有問題。</p>

32、<p><b>　　6、結(jié)論</b></p><p>　　最后，能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一個(gè)效果：按下某個(gè)按鍵，然后在LED數(shù)碼管上顯示同一個(gè)數(shù)字，同時(shí)，蜂鳴器發(fā)出一個(gè)聲音。</p><p>　　我們想到了但是沒有做到的一些改進(jìn)有：數(shù)碼管上顯示現(xiàn)在按下的和之前按下的按鍵，移位顯示；使用觸摸屏，把鍵盤放在觸摸屏上；同時(shí)按下兩個(gè)按鍵的時(shí)候，通過處理，使之輸出的是兩個(gè)頻率