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第一章 總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能

按照設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)具有以下功能：
共有三個(gè)基本模式：電子琴模式、錄音模式、播放器模式
電子琴模式：7個(gè)基本按鍵控制產(chǎn)生7種音調(diào)，功能鍵實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)音階和音量
錄音模式：可分為錄音和放音兩個(gè)模塊，錄音狀態(tài)下會記錄彈奏的音調(diào)以及時(shí)間；放音模式調(diào)用音樂播放器某些模塊，實(shí)現(xiàn)相同的功能。
音樂播放器模式：可以實(shí)現(xiàn)音樂的播放、暫停、切歌、調(diào)速、順序播放、單曲循環(huán)、隨機(jī)播放、以及進(jìn)度條顯示。
有兩個(gè)全局按鍵中斷，可控制模式切換和全局靜音/暫停。

1.2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

基本按鍵：7個(gè)；
功能按鍵：6個(gè)；
全局中斷按鍵：2個(gè)；
揚(yáng)聲器：1個(gè)；
揚(yáng)聲器功率：1w；
LCD1602：1塊；
主要模式：3個(gè)；
曲庫：8首；
音域范圍：262Hz~2217Hz；
音量階數(shù)：3階；
速度階數(shù)：4階；
循環(huán)模式：3種；

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第二章硬件設(shè)計(jì)

總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)上在硬件上共分為3個(gè)區(qū)域：基本按鍵區(qū)、功能按鍵區(qū)、LCD顯示區(qū)。在軟件的設(shè)計(jì)上共分為3個(gè)主要模式：電子琴模式、錄音模式、播放器模式。主控模塊選擇使用STM32f103rbt6芯片，進(jìn)行編程、控制、實(shí)現(xiàn)電子琴以及播放器功能。

2.1 整體硬件圖

2.2 按鍵模塊

? 按鍵模塊分為兩部分：基本按鍵和功能按鍵

倆個(gè)部分按鍵分別接在單片機(jī)的PC0-PC6以及PC8-PC13接口上。

2.3 揚(yáng)聲器模塊

揚(yáng)聲器模塊接在單片機(jī)的PC07接口上。

2.4 顯示模塊

? 將LCD1602的D0~D7分別連接到單片機(jī)的 PA0~7，使能端 E、 RW、 RS分別連接到單片機(jī)的 PA8、 PA11、 PA12。

2.5 主控模塊

第三章 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主要工作原理

? 設(shè)計(jì)的主要工作原理是利用STM32所內(nèi)置的定時(shí)器TIM3產(chǎn)生一個(gè)PWM信號驅(qū)動揚(yáng)聲器產(chǎn)生特定頻率的聲音。通過改變定時(shí)器TIM3的分頻預(yù)置數(shù)改變PWM信號的頻率從而產(chǎn)生不同音調(diào)的聲音。通過改變占空比，從而產(chǎn)生不同音量的聲音。
? 相關(guān)流程圖如下：

3.2 PWM發(fā)生器

3.3 music播放器模塊

? music模塊包含了產(chǎn)生聲音，靜音，音樂播放，音樂切換，進(jìn)度條展示等相關(guān)函數(shù)，全都由本人編寫
靜音模塊：通過調(diào)用TIM_SetTIM3Compare2()函數(shù)讓占空比為0，進(jìn)而達(dá)到靜音效果。
void buzzerQuiet(void)//停止發(fā)聲
{
TIM_SetTIM3Compare2(0);
}

發(fā)聲函數(shù)：通過調(diào)用TIM_SetTIM3Autoreload設(shè)置TIM3的自動裝載值實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生特定頻率PWM信號，傳入的參數(shù)為聲音頻率和音量參數(shù)。

進(jìn)度條顯示函數(shù)：可以顯示播放進(jìn)度以及全局狀態(tài)，如當(dāng)前曲目、暫停狀態(tài)、音量、播放速度等。

下一首函數(shù)：根據(jù)傳入nextmode參數(shù)不同進(jìn)行順序，單曲，隨機(jī)下一首。

音樂播放函數(shù)：傳入樂譜（由結(jié)構(gòu)體數(shù)組實(shí)現(xiàn)），調(diào)用彈奏音符函數(shù)，實(shí)現(xiàn)音樂自動播放。

3.4 exti外部中斷

? 本設(shè)計(jì)使用了PC8，PC9口的按鍵作為兩個(gè)外部中斷，控制全局切換模式，以及全局暫停/靜音。

3.5 按鍵相關(guān)驅(qū)動

通過函數(shù)判斷按鍵值，mode參數(shù)可調(diào)節(jié)是否支持連按。
3.6 LCD1602驅(qū)動
LCD初始化相關(guān)代碼采用例程，只列出關(guān)鍵代碼：
void LCD_SHOW(u8* tab0,u8* tab1)
{
if(tab0)
LCD1602_Show_Str(0, 0, tab0);
if(tab1)
LCD1602_Show_Str(0, 1, tab1);
}
定義函數(shù)LCD_SHOW，傳入字符串顯示，在避免直接調(diào)用LCD的顯示函數(shù)，通過tab0和tab1的鎖存，實(shí)現(xiàn)更豐富需求。

第四章 整體實(shí)現(xiàn)功能

單片機(jī)下載完成后，顯示Mode Selection Please Press 1-3表示初始化完成等待選擇模式。
按下key1，進(jìn)入Piano模式，可以開始彈奏。
按下key13可進(jìn)行音量調(diào)節(jié)，key12可以調(diào)節(jié)音調(diào)
按下key8切換模式，進(jìn)入錄音模式
錄音模式下，按key0進(jìn)行開始錄音
錄音會記錄音調(diào)以及持續(xù)時(shí)間，按下key13停止錄音
錄音完成后按下key13放音，可以聽到記錄的曲子
按下key13切換模式進(jìn)入播放器模式
按下key0-key7選擇曲目，也可以直接按key13開始播放
播放時(shí)，按下key13下一首，key12調(diào)音量，key11調(diào)速度，key10調(diào)節(jié)下一首。 按下key9可暫停。
播放時(shí)有進(jìn)度條顯示。

參考文獻(xiàn)

[1]馮建華,趙亮.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社 2004
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[3]吳國經(jīng)等 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 中國電力出版社， 2004.1
[4]李全利，遲榮強(qiáng)編著 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 高等教育出版社，2004.1
[5]張毅剛等， MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈工大出版社，2004年第2版
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