1、 1 / 35 小学期单片机实验报告 姓名： 班级： 学号： 同组姓名： EMAIL： 时间： 2013/9/16-2013/9/27 2 / 35 基于 AVR 单片机的电子琴制作 目录 基于 AVR 单片机的电子琴制作 . 2 简介 . 3 1.1 课题名称 . 3 1.2 摘要 . 3 前期准备 . 3 2.1 流水灯 . 3 2.1.1 功能 . 3 2.1.2 程序代码 . 3 2.2 蜂鸣器 /按键蜂鸣器 . 4 2.2.1 功能 . 4 2.2.2 程序代码 . 4 2.3 秒表计时器 . 6 2.3.1 功能 . 6 2.3.2 程序代码 . 6 有关发声的基础知识 . 8 设
2、计过程 . 8 4.1 设计流程 . 8 4.2 实验 元器件 . 9 4.3 实验程序主要流程图 . 9 4.4 实验原理及原理图 . 10 4.4.1 实验原理 . 10 4.4.2 原理图 . 10 4.4.3 各模块的设计与详解： . 11 程序源代码及程序分析 . 13 实验结果 . 32 6.1 操作过程 . 32 6.2 实验结果 . 33 排错过程 . 33 心得体会 . 34 参考文献 . 35 意见与建议 . 35 3 / 35 简介 1.1 课题名称 简易电子琴 1.2 摘要 本 实验设计 制作一 个 基于 单 片机 Atmega16 的模 拟电 子琴。能够通过键盘控制实
3、现播放预存 检测 音乐，弹奏 音符 ，储存弹奏音乐 并播放，暂停及 停止播放 ，上一曲下一曲等 功能。 关 键词： 单片机 ， 按键检测，预存播放，弹奏，储存， 播放控制 ， 可视化操作界面，电子琴 前期准备 在之前的学习中 我们 从未学习单片机 ， 所以在确定选题前需要一定的学习和练习。我们小组一共练习了 3 个工程：流水灯、按键蜂鸣器和秒表计时器， 学会了使用 AVR studio 工作环境和 WINAVR（ GCC）编译器。并且学会了下载程序到 板 上。学会了 I/O 端口初始化、输入输出操作，通过端口控制 LED 序列、 8 段数码管、蜂鸣器，中断和定时的使用。 2.1 流水灯 2.1
4、.1 功能 学会 I/O 端口的初始化及通过端口控制 LED，使得 LED 呈现流水灯效果，我们小组用的 PB端口作为控制 LED 的端口，并且由于人眼频率和单片机频率的关系加了延迟函数，使得流水灯每个为 1s 2.1.2 程序代码 int main(void) char temp; /用来存储当前 A 端口的输出 unsigned int i,k; /循环变量 DDRA=0xff; /将 A 端口设为输出 4 / 35 PORTA=0b00000001; /初始化 A 端口，最开始第一个灯亮 while(1) /主循环 temp = PORTA; PORTA=PORTA int main(v
5、oid) unsigned int i,k; /循环变量 DDRB|=(1 int main(void) DDRA int main(void) DDRA=0xff; DDRB=0xff; DDRD=0b11110111; PORTA=0b00000001; PORTD=(13); PORTB=0b00001000; MCUCR|=(1 ISC11); /设置 INT1 中断 7 / 35 GICR|=(1 INT1); sei(); unsigned int i,j,k,x,y,tmp; TCCR0|=(1CS01); while(1) for(i=0;i60;i+) x=i/10,y=i%
6、10; /用取商和取余来显示计数的数字 PORTD=scandatax; PORTB=scandatay; tmp=PORTA; /流水灯的显示 PORTA=PORTA 1; if(tmp TCNT0=55; for(k=0;k3;k+) /一秒的延时 for(j=0;j10000;j+) while(!(TIFR TCNT0=55; int cnt1,cnt2; SIGNAL(SIG_INTERRUPT1) /中断服务程序 while(1) for(cnt2=0;cnt2100;cnt2+) for(cnt1=0;cnt120000;cnt1+); if(!(PIND 8 / 35 有关发声
7、的基础知识 声波是振动产生的。频 率即表示每秒 钟 振 动 的次 数 ，采用 CTC 方式时 avr 单 片机通过 特定的端口（ PD4 及 PD5） 输 出一定 频 率的方波 ， TCCR1A 设为 比 较 匹配 时 OC1A/OC1B电 平取反， TCCR1B 的 计数 上限 为 OC1A，根据公式 OCnA=f/2N(1+OCRnA)计 算出 7 个频 率音 阶 所需的 OCR1A， 则 只需 将 喇叭接在 PD4 或 PD5，通 过 程序控制 端口 输 出特定 频 率的方波波形（发声使用正弦波最好，方波效果稍次但影 响 不大） ，喇叭就 会发 出七 种 不同的声音，依照人听觉分辨 7
8、个音阶分 为 三 组 ，分 别为 高，中，低音 阶频 率， 经计 算可得，当 OCR1A=(500000/musicmemi-1)时 ， 131,147,165,175,196,220,247存放低音 阶频率 ， 262,294,330,349,392,440,494存放中音 阶频 率 ， 524,588,660,698,784,880,988则 存放高音 阶频 率，所以需要定 义 三 个数组 存放各音 阶 的 频 率 值。 除了音符频率以外 还需要音 长 ，所以定义 1 个 2 位 数组表示一段音乐，第一 个 表示频率，第二 个 表示音 长 ，播放 时 先访问频率数组，使喇叭发声，之后访问音
9、长数组，确定喇叭发声时间。而有了音符频率 数组，只要再得到任意一首歌的简谱 ，就可以 将 其 转 化 为 两个 数组 的形式，由音符对应的频率得出频率数组， 然后再根据 每 个 音符的音 长 ， 将 其通过乐曲的节拍和音符的拍数 计算出音符持续时间 即可得出音长 数字 。 举例说明： uint mamahao 2= /世上只有妈妈好 440,750,392,250,330,500,392,500,524,500,440,250,392,250, 440,1000,330,500,392,250,440,250,392,500,330,250,294,250, 262,250,220,250,3
10、92,250,330,250,294,1000,294,750,330,250, 392,500,392,250,440,250,330,750,294,250,262,1000,394,750, 330,250,294,250,262,250,220,250,262,250,196,1000,0,0 ; 设计过程 4.1 设计流程 9 / 35 4.2 实验元器件 Atmeal16 单片机 1 块 JTAG 下载器 1 个 4X4 矩阵键盘 1 块 1602 液晶显示屏 1 块 扬声器 1个 导线 若干 4.3 实验程序主要流程图 了解单片机原理及 AVR 编程规则 先编写一部分代码，然后接
11、好电路，下载到单片机测试，通过后，继续完成下一部分 所有部分完成后，进行整体测试 有错 修改代码 正确 接通电源 初始化，默认中音模式 低音模式 高音模式 录音模式 弹奏模式 播放录音 播放 7 首歌曲 暂停 下一曲 上一曲 10 / 35 运行结果及组员分工： 张诗悦：主要负责电子琴程序的编写 王文雪：主要负责硬件的连接和液晶显示屏部分的代码 4.4 实验原理及原理图 4.4.1 实验原理 单片机识别按键按下的 是哪个 键， 随之 改变 液晶显示屏 显示的数字，同时扬声器输出对应的频率的方波，按键不放就一直发声；将 7 首歌曲的谱子用二维数组存入 FLASH ROM，分别代表音符频率和间隔长度；如果按下 E，开启录入模式，将输入的音符保存在数组里；按下 F，播放录入的音乐。 4.4.2 原理图
