通信工程專業(yè)課程設計--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，則相應的蜂鳴器發(fā)出聲音。這樣，每個電子琴需要的蜂鳴器就很多。但是

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

5、><b>　　1.2附加功能</b></p><p>　　想法來源：調試過程中，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數碼管，顯示按下的按鍵。</p><p><b>　　2、總體設計</b></p>&l

6、t;p>　　2.1基本功能使用的模塊</p><p>　　第一部分包括兩個主要軟件模塊和兩個外圍的硬件模塊：</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>　　增加了一個新的程序模塊和硬件模塊。</p><p>　　程序運行的流程如下：<

7、;/p><p>　　第二部分是對第一部分的完善和改進，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“根據鍵碼控制點亮數碼管”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、輸出三個部分。其中，輸入即為按鍵，使用矩陣鍵盤完成，實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，修改寄存器的相應位，使得最終能夠輸出相應的PWM波，控制蜂鳴器響。此外，還可以根據輸入的按鍵信息，將輸入的按鍵值顯示在LED七段數碼管上。輸出即為蜂鳴器和LED數碼管，硬件電路已經在實驗箱上連接好。</p><p>　　4、詳細設計與分工日志</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，矩陣鍵盤有兩種驅動方式：一種是行掃描法，另一種是高低電平翻轉法。這里采用了行掃描法。包括兩個步驟：</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：在確認有鍵按下后，即可進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，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 相關代碼</p

11、><p><b>　　鍵盤中斷的調用：</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波包括兩個參數：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PWM 通道，彼此相互獨立。</p><p><b>　　相關寄存器： </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——中斷請求狀態(tài)（0 = FIFO 滿、1 = FIFO 不滿）</p><p>　　bit14——中斷請求使能 （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（00 = 沒重復，01 = 播放兩次、10 = 重復3 次（播放4次）、11 = 重復7 次（播放8次））</p><p>　　bit 9－

15、0 （PRESCALER）——用來提供分頻因子的（prescaler+1），對系統(tǒng)時鐘進行分頻。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。此值和一個自由計數的計數器比較。當大于計數器值時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/定時值 在tone 模式時，其用于設置計數器的復位值。計數器計數到此值就復位一次，P

17、WM 輸出也相應翻轉一次。</p><p>　　4.2.5計數器寄存器（PWMCNT）：</p><p><b>　　高16位為保留位</b></p><p>　　bit15-0 ——當前的計數值 它保存著自由計數的計數器的當前值。</p><p>　　依據上述寄存器各位的功能，通過合適的賦值便可以實現(xiàn)本實驗所要求的基本

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

19、gt;　　圖 十二動態(tài)顯示LED的連接</p><p>　　由圖，六個數碼管每個都有一個選擇信號，當置“1”時，該數碼管的相關段亮。對于此動態(tài)顯示電路，有六個數碼管，使用的頻率由定時器產生，為500Hz，即周期為2ms。此外，將每個數碼管相同的段連在一起到段數據線上。在第一個2ms，第一個數碼管允許點亮，同時，需要點亮的段置“1”，在這2ms內，只有第一個數碼管亮。在第二個2ms，第二個數碼管允許點亮，同時，需要

20、點亮的段置“1”，在這2ms內，只有第二個數碼管亮……如此，每個2ms只有一個數碼管亮，所以，不會相互影響，導致顯示不清。而且，由于每個數碼管刷新的周期非常小，本實驗中為12ms，小于人眼的分辨時間。所以，看起來，好像同時亮了。</p><p>　　4.3.2 定時器輸出</p><p>　　如圖，定時器用到的IO端口位置如下：</p><p>　　TIMER 是片

21、內集成的 32bit 定時器，該模塊共包括4個通道，每個通道包括一個 32 位計數器，以及一個加載計數寄存器。計數器的重新加載、計數使能以及中斷的產生受到控制寄存器的各個控制位的控制。定時器的工作原理是：首先要設定定時器的初值，然后啟動定時器。一旦啟動，定時器就從初值開始累計增加或減?。ㄔ趯嶒炈玫男酒惺沁f減）。每增加或減小一個數需要特定的時間，這個特定的時間是累加指令的機器周期，是由處理器的晶振的頻率（本實驗中晶振的頻率是75MHz

22、）決定的。計數值從初值計至 0 時，TIMER 模塊發(fā)出中斷，然后計數器跳至用戶配置的值，重復遞增或遞減過程。在中斷寄存器允許的情況下處理器響應中斷，通過中斷服務程序執(zhí)行特定的任務。</p><p>　　TIMER中的一個通道的功能結構如下圖：</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，當通道使能后計數器鎖存加載計數寄存器的值，然后在系統(tǒng)時鐘的驅動下遞減計數。當計數到零時，產生一個計數到零的標志用于設置相應的中斷標志位，若中斷未被屏蔽則產生中斷；同時，計數器重新鎖存加載計數寄存器的值開始一個新的計數周期。 </p><p><b>　　自由工作模式 </b></p><p>

24、;　　TIMER 在自由工作模式時，當通道使能后計數器鎖存加載計數寄存器的值，然后在系統(tǒng)時鐘的驅動下遞減計數。當計數到零時，產生一個計數到零的標志用于設置相應的中斷標志位，若中斷未被屏蔽則產生中斷；同時，計數器加載數據 32’H FFFFFFFF 開始一個新的計數周期。</p><p>　　TIMER 中四個通道的中斷都可以通過各自的控制寄存器屏蔽。任意一個通道計數完畢都會產生一個中斷。TIMER 的中斷輸出是四

25、個中斷源的線或。 </p><p>　　查詢中斷源有兩種方法：</p><p>　?。ㄒ唬┎樵兏鱾€通道的中斷屏蔽狀態(tài)寄存器是否被置 1；</p><p>　?。ǘ┎樵?TIMER中斷屏蔽狀態(tài)寄存器，看各個通道相應位是否被置 1。 </p><p>　　清除中斷的方法也有兩種：</p><p>　　（一）讀各個通道的中

26、斷狀態(tài)清除寄存器，相應通道的中斷會被清除；</p><p>　　（二）讀 TIMER 中斷狀態(tài)清除寄存器，所有通道的中斷都會被清除。 </p><p>　　查詢到中斷源后，如果不重新配置加載計數寄存器，計數器會按照原來的配置繼續(xù)計數，直到計數完畢再發(fā)出中斷。如果要重新配置，清完中斷后應該先將計數器關閉（disable） ，然后配置新的計數值，再將計數器打開(enable)。</p&g

27、t;<p>　　4.3.3 相關寄存器</p><p>　　4.3.4相關代碼：</p><p><b>　　調用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、練習基本操作。組長確定選題，完成需求分析，進行總體設計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，并將代碼在實驗箱上測試。學習、熟悉各段代碼的含義。將代碼的接口給出。交由毛彥和費馳同學。</p><p>　　9月26日（周一）：毛彥和費馳完成第一部分的程序和調試。調試過程中，使用了LED數碼管。</p><p&

30、gt;　　9月28日（周三）：將調試過程中使用的LED數碼管程序段改寫成第二部分的模塊，并完成調試。</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數碼管檢測從矩陣鍵盤輸入的按鍵時，發(fā)現(xiàn)段碼表有問題，與實際的不對應，所以給控制哪個段點亮的變量依

31、次賦值為0x01、0x02、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40、0x80。即分別點亮一個段，以確定每一位對應段。</p><p>　　其次在LED顯示和PWM輸出合一的時候，發(fā)現(xiàn)程序運行出錯。后來發(fā)現(xiàn)是調用了同一個變量，導致了沖突。</p><p>　　最后一個問題是，解決了上面的問題后，按下7、8、9三個按鍵的時候，會死機。后來發(fā)現(xiàn)是顯示的短碼表有問題。</p>

32、<p><b>　　6、結論</b></p><p>　　最后，能夠實現(xiàn)這樣一個效果：按下某個按鍵，然后在LED數碼管上顯示同一個數字，同時，蜂鳴器發(fā)出一個聲音。</p><p>　　我們想到了但是沒有做到的一些改進有：數碼管上顯示現(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；同時按下兩個按鍵的時候，通過處理，使之輸出的是兩個頻率