基于STM32单片机的简易电子琴设计(1)

第一章 总体设计

1.1 系统功能

按照设计要求，本系统具有以下功能：

共有三个基本模式：电子琴模式、录音模式、播放器模式

电子琴模式：7个基本按键控制产生7种音调，功能键实现调节音阶和音量

录音模式：可分为录音和放音两个模块，录音状态下会记录弹奏的音调以及时间；放音模式调用音乐播放器某些模块，实现相同的功能。

音乐播放器模式：可以实现音乐的播放、暂停、切歌、调速、顺序播放、单曲循环、随机播放、以及进度条显示。

有两个全局按键中断，可控制模式切换和全局静音/暂停。

1.2 主要技术性能指标

基本按键：7个；

功能按键：6个；

全局中断按键：2个；

扬声器：1个；

扬声器功率：1w；

LCD1602：1块；

主要模式：3个；

曲库：8首；

音域范围：262Hz~2217Hz；

音量阶数：3阶；

速度阶数：4阶；

循环模式：3种；

第二章硬件设计

总体系统设计上在硬件上共分为3个区域：基本按键区、功能按键区、LCD显示区。在软件的设计上共分为3个主要模式：电子琴模式、录音模式、播放器模式。主控模块选择使用STM32f103rbt6芯片，进行编程、控制、实现电子琴以及播放器功能。

2.1 整体硬件图

2.2 按键模块

按键模块分为两部分：基本按键和功能按键

俩个部分按键分别接在单片机的PC0-PC6以及PC8-PC13接口上。

2.3 扬声器模块

扬声器模块接在单片机的PC07接口上。

2.4 显示模块

将LCD1602的D0 ~ D7分别连接到单片机的 PA0~7，使能端 E、 RW、 RS分别连接到单片机的 PA8、 PA11、 PA12。

2.5 主控模块

第三章 软件设计

3.1 主要工作原理

设计的主要工作原理是利用STM32所内置的定时器TIM3产生一个PWM信号驱动扬声器产生特定频率的声音。通过改变定时器TIM3的分频预置数改变PWM信号的频率从而产生不同音调的声音。通过改变占空比，从而产生不同音量的声音。

相关流程图如下：

3.2 PWM发生器

3.3 music播放器模块

music模块包含了产生声音，静音，音乐播放，音乐切换，进度条展示等相关函数，全都由本人编写

静音模块：通过调用TIM_SetTIM3Compare2()函数让占空比为0，进而达到静音效果。

void buzzerQuiet(void)//停止发声

{

      TIM_SetTIM3Compare2(0);

}

发声函数：通过调用TIM_SetTIM3Autoreload设置TIM3的自动装载值实现产生特定频率PWM信号，传入的参数为声音频率和音量参数。

进度条显示函数：可以显示播放进度以及全局状态，如当前曲目、暂停状态、音量、播放速度等。

下一首函数：根据传入nextmode参数不同进行顺序，单曲，随机下一首。

音乐播放函数：传入乐谱（由结构体数组实现），调用弹奏音符函数，实现音乐自动播放。

3.4 exti外部中断

本设计使用了PC8，PC9口的按键作为两个外部中断，控制全局切换模式，以及全局暂停/静音。

3.5 按键相关驱动

通过函数判断按键值，mode参数可调节是否支持连按。

3.6 LCD1602驱动

LCD初始化相关代码采用例程，只列出关键代码：

void LCD_SHOW(u8* tab0,u8* tab1)

{

      if(tab0)

        LCD1602_Show_Str(0, 0, tab0);

      if(tab1)

         LCD1602_Show_Str(0, 1, tab1);

}

定义函数LCD_SHOW，传入字符串显示，在避免直接调用LCD的显示函数，通过tab0和tab1的锁存，实现更丰富需求。

第四章 整体实现功能

单片机下载完成后，显示Mode Selection Please Press 1-3表示初始化完成等待选择模式。

按下key1，进入Piano模式，可以开始弹奏。

按下key13可进行音量调节，key12可以调节音调

按下key8切换模式，进入录音模式

录音模式下，按key0进行开始录音

录音会记录音调以及持续时间，按下key13停止录音

录音完成后按下key13放音，可以听到记录的曲子

按下key13切换模式进入播放器模式

按下key0-key7选择曲目，也可以直接按key13开始播放

播放时，按下key13下一首，key12调音量，key11调速度，key10调节下一首。 按下key9可暂停。

播放时有进度条显示。