MSP430单片机大作业 彩灯电子琴

彩灯电子琴

MSP430 May 27 2010

在MSP430单片机的大地上，上亿条数据急流在宽度仅几个原子的河道中以光速湍急地流着，它们在无数个点上会聚，分支，交错，生成更多的急流，在芯片大地上形成了一个无边无际的复杂蛛网。到处都是纷飞的数据碎片，到处是如箭矢般穿行的地址码；一个主控程序在漂行着，挥舞着无数支纤细的透明触手，把几千万个

飞快旋转着的循环程序段扔到咆哮的数据大洋中；在一个存贮器的一片死寂的电路沙漠中，一个微小的奇数突然爆炸，升起一团巨大的电脉冲的蘑菇云；一行孤独的程序代码闪电般地穿过一阵数据暴雨中，去寻找一滴颜色稍微深一些的雨点。这又是一个惊人有序的世界，浑浊的数据洪流冲过一排细细的索引栅栏后，顷刻变成一片清澈见底的平静的大湖；当排序模块像幽灵似地飘进一场数据大雪时，所有的雪花在千分之一秒内突然按形状排成了无限长的一串……在这0和1组成的台风暴雨和巨浪中，只要有一个水分子的状态错了，只要有一个0被错为1或1被错为0，整个世界就有可能崩溃。这是一个庞大的帝国，在我们眨一下眼的时候，这个帝国已经历了上百个朝代，但从外面看去，它只是一个银色立方箱体。

曹哲0710200310

同组人：

郭宁张颖

目录

1 引言 (1)

2 系统总体设计 (2)

2.2系统各组成部分及功能原理介绍 (2)

2.3系统结构框图 (2)

3 系统硬件设计 (3)

3.1电源模块 (3)

3.2键盘模块 (3)

3.3LED显示模块 (4)

3.4发声模块 (4)

4 系统软件设计 (4)

4.1系统软件结构流程图 (4)

4.2键盘扫描程序设计 (4)

4.3发声程序设计 (7)

4.4亮灯程序设计 (7)

5 系统调试与结果分析 (8)

5.1系统调试步骤 (8)

5.2遇到的问题及解决方案 (8)

5.3实验结果及系统展望 (9)

6 心得体会 (9)

参考文献 (10)

1引言

随着科学技术的进步发展，越来越多的微电子产品出现在人们的生活中。小到一部手机，大到一台计算机，都少不了微电子芯片的身影。

电子琴是新兴的乐器，她的历史是非常年轻，只有50年的历史。发明电子琴的目的是用它来代替管风琴，因为管风琴体积过于庞大。后来，日本买下电子琴的专利，进行生产，把它用于音乐普及教育方面，于是电子琴就逐渐的普及起来。

本次课题是使用MSP430单片机开发带有灯光的电子琴。MSP430F449 单片机是美国TI 公司推出的超低功耗16 位单片机系列中的一种，低电压供电、宽工作电压范围1.8~3.6V。该芯片具有60KB的Flash ROM，2KB RAM，采用串行在线编程方式，为用户编程和控制参数提供灵活的空间。其且内部的安全保密熔丝可使程序不被非法复制，它可以擦写10 万次，有超强的抗干扰能力。MSP430F449 具有强大的中断功能及输出、功能选择、中断等多个寄存器，使得功能口和通用I/O口复用。在对同一个I/O口进行操作前，首先要选择其要实现的功能，这就增强了端口的功能和灵活性。该芯片还具有两个通用同步/异步串行通信接口，开发十分方便。

一架电子琴，需要的是按键后有相应频率的声音发出，做到按下按键即发出声音，松开按键即声音停止。同时，按下按键还有相对应的灯点亮。

2.1系统核心器件介绍

MSP430F44X是Flash 型单片机，有48 个I/O 口，96 段LCD 驱动。它是在13X 、14X 的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD 的段数由33X 系列的最多120 段增加到160 段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。本次实验的主要目的是熟悉MSP430F44X Flash 型单片机的使用，利用实验平台自身提供的硬件实现相应的功能，因而没有增加其他外部器件进行功能扩展。

2.2系统各组成部分及功能原理介绍

本次实验设计的彩灯电子琴采用MSP430系列汇编语言对其进行编程。彩灯电子琴设计程序中包括键盘扫描和LED显示模块、发声程序等模块。软件设计过程中采用模块化设计方法，便于程序的阅读、调试和改进。

当系统接收到按键信号是，判断按键位置，进而执行相应的播放相应频率声音的程序与点亮相应小灯的程序。

2.3系统结构框图

彩灯电子琴的组成框图如图1所示，它由单片机的键盘模块、LED显

示模块、声音模块组成。主要完成电子琴的键盘输入、发声和点亮小灯这几项功能。

图1彩灯电子琴的组成框图

3.1电源模块

本次实验采用外部电源供电，按以下步骤进行连线：

A、将变压器接头接入AC9V_IN接口（位于实验板的上方）。

B、连接器J1的P2，P3短接（J1位于实验板的右上方），系统就选择外部电源

供电。

C、连接器J6的EXT_VCC和VCC短接（J6位于实验板的左下方）。

系统提供的外部电源通过LM317及RH5RL36AA变换，在+5V及VDD处得到5V和3.6V电压。即满足了449所需的3.6V电压，又为使用5V器件留下了接口。

3.2键盘模块

键盘有独立式键盘和行列式键盘。独立式键盘中，各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易的知道哪个键被按下。行列式键盘工作原理：无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。这两种键盘都能够完成任务，此次使用行列式键盘。

按键识别的方法有扫描法和线反转法，本次实验采用扫描法。键盘的具体工作流程及接口电路如图2所示。

监视键盘输入

确定具体按键

实现按键功能

图2行列式键盘扫描流程图及接口电路

3.3 LED 显示模块

LED 发光二极管的接口电路可知，只需给所需发光二极管的相应接口周期性的提供高电平，就可以实现我们想要的相应小灯点亮效果。

图3LED 电路图

3.4 发声模块

只需要给扬声器一个频率脉冲信号，就能完成发生任务。至于发声的高低，通过PWM 可以控制。

4 系统软件设计

4.1 系统软件结构流程图

图4主流程图

4.2 键盘扫描程序设计

/***************************************************** *文件名称：

* KEY.cpp

*程序功能描述：

* 行列式键盘检测

*输入：

* 用户按键事件

*输出：存放用户输入的键值

******************************************************/

unsigned char key_Pressed, // 是否有键值按下

key_val = 0xff, // 存放键值

key_Flag; // 是否一个按下的按键已经松开

// 即是按键的键值可以读取

unsigned char key_Map[16]={ //设置键盘逻辑键值与程序计算键值的映射0,1,2,3,

4,5,6,7,

8,9,10,11,

12,13,14,15

};

unsigned char tmp = 0x0f;

/********************************************************

* 初始化键盘设备

********************************************************/

voidinit_Keyboard(void){

P1DIR &= ~BIT0;

P1DIR &= ~BIT1;

P1DIR &= ~BIT2;

P1DIR &= ~BIT3; //设置P1.0~P1.3为输入模式

P5DIR |= BIT4;

P5DIR |= BIT5;

P5DIR |= BIT6;

P5DIR |= BIT7; //设置P5.4~P5.7为输出模式

P5OUT &= ~0xf0; //P5.4~P5.7输出值清零

key_Flag = 0;// 初始化key_Flag

key_Pressed = 0;// 初始化key_Pressed

tmp = 0x0f;

}

/***********************************************************

* 延迟，用于消除抖动

************************************************************/

void delay(){

unsigned char tmp;

for(tmp=0xff;tmp>0;tmp--);

}

/*********************************************

* Check_Key(),检查按键，确认键值

*********************************************/

voidcheck_Key(void){

unsigned char row ,col,tmp1,tmp2; // tmp1用来设置P5OUT的值，使P5.4~P5.7中有一个为0

tmp1 = 0x80;

for( row=0;row<4;row++){

P5OUT |= 0xf0; // p5.4~P5.7=1

P5OUT -= tmp1; // P5.4~p5.7中有一个为0

tmp1 >>= 1; //tmp1 右移一位

if((P1IN & 0x0f) < 0x0f){ //检测是否p1in的p1.0~p1.3中有一位为0

tmp2 = 0x08; //tmp2用于检测出哪一位为0

for (col=0;col<0x04;col++){ //列检测

if((P1IN & tmp2) == 0x00){ //是否是该列

key_val =key_Map[ row*4 +col]; //获取键值

return; //退出循环

}

tmp2 >>= 1; //tmp2右移

}

}

}

}

/************************************************************

* key_Event()，检测键盘是否有键按下，如果有获取键值

*************************************************************/

voidkey_Event(void){

//unsigned char tmp;

P1DIR &= 0xF0; // P1.0~P1.3 设置为输入模式

P5DIR |= 0xF0; // set p5.4~p5.7 设置为输出模式

P5OUT &= 0x0F; // 设置P5OUT输出值

tmp = P1IN; // 获取p1IN

if (key_Pressed ==0x00){ //检测是否有键值按下

LOOP:

if((tmp& 0x0F) < 0x0F){

key_Pressed = 1; // 如果有按键按下，设置key_Pressed标识

delay(); //消除抖动

delay();

check_Key(); // 调用check_Key(),获取键值

}

else {

tmp = P1IN;

goto LOOP;

}

}

delay();

delay();

delay();

delay();

tmp = P1IN;

if ((key_Pressed ==1)&&((tmp& 0x0F) == 0x0F)){ //是否按键已经释放key_Pressed = 0; // 清除key_Pressed标识

key_Flag = 1; // 设置key_Flag标识

}

}

4.3发声程序设计

#include

void main(void)

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

FLL_CTL0|=XCAP14PF;

TACTL=TASSEL0+TACLR;

CCR0=512-1;

CCTL1=OUTMOD_7;

CCR2=128;

P1DIR|=0X04;

P1SEL|=0X04;

P2DIR|=0X01;

P2SEL|=0X01;

TACTL|=MC0;

for(;;)

{

_BIS_SR(LPM3_bits);

_NOP();

}

}

4.4亮灯程序设计

上交后，未拷贝出来，电源线被拌掉了，此部分程序丢失。

5系统调试与结果分析

通过“IAR Embedded Workbench”软件导入C语言程序，下载到实验板上进行相关调试。

5.1系统调试步骤

系统测试是检验设计方案实现程度，评价系统性能的重要依据，在整个系统的设计中占有重要地位。依据软件工程的思想方法，我们将系统测试分为单元测试、组装测试、确认测试。

5.1.1 单元测试

主要测试单元模块的三个特性：模块实现的正确性、模块接口和边界条件下模块的可靠性。

本实验需要进行一下单元测试。

A、键盘、LED模块测试

首先测试键盘能否控制一盏灯亮。然后测试键盘分别控制多盏灯亮。

B、声音模块测试

首先测试键盘能否控制发出一种声音。然后测试键盘分别控制发出多种声音。

5.1.2 组装测试

主要是采用系统化的方法，将经过单元测试的模块按预先制定的计划逐步进行组装和测试，测试的目的在于发现与模块接口有关的问题，并将各个模块构成设计所要求的系统----彩灯电子琴。

本实验程序编制的重点即在各功能模块的组装连接上。从键盘输入的键值要能够正确的识别，以将信号传输至LED与扬声器。

5.1.3 确认测试

组装测试后，分散开发的模块被连接起来，构成完整的应用系统。通过程序的编译，其中各模块间接口存在的种种问题都已消除。确认测试的任务是检验所开发的系统，看它能否按预期的要求运行，也就是是否满足系统方案中所确定的功能要求。

经过确认测试，该程序可以满足预先设定的功能要求。

5.2遇到的问题及解决方案

本次实验遭遇的最大问题不是没有思路，也不是程序编不出来，更不是系统

的能力不够。甚至为实现亮灯，我们还借了一块更高级的单片机。最大的问题是，我们这一排电脑，居然被三位同学共踩断了四次电！电脑直接黑屏，东西都没了。前三次出现在傍晚之前，第四次最“杯具”，老师检查都检查了，就等着最后拷贝出来了。

我把U盘插入了电脑。电脑识别完毕，盘符分配成功，Win+E键启动了文件管理器。打开U盘路径，Crtl+V粘贴。就在这一瞬间，断电了。

电源风扇失去了能量，随着惯性还在转动。硬盘的磁头针还未复位就坠落在飞速旋转的磁盘盘片上。显示器内打出的粒子再没有磁场用来偏移，随后连加速磁场也开始消失。而试验箱上的LED小灯，用尽串口给予的最后的电力，黯淡了下去。

而这一切的发生，不到一秒钟。

“辛辛苦苦三十年，一夜回到解放前。”

前三次断电时，程序还没有什么进展，所以也没有什么损失，并未引起重视。但第四次断电，已经是晚上九点四十分，彩灯电子琴的效果已经出来了，也通过了检查。

看来在台式机操作时要把备份工作放在首位。

5.3实验结果及系统展望

本文所介绍的彩灯电子琴系统采用MSP430F449单片机，由低功耗的LED、扬声器以及行列式键盘模块共同构成，成功实现了发声、亮灯。由于时间有限，未完成按照频率发声。该系统目前用门电路实现更为便捷，而本任务则可作为单片机的教学任务。

6心得体会

通过本次实验我们对单片机基础以及扩展功能设计有了一定程度的了解。由于我以前参加过广茂达机器人的比赛，所以整个设计流程还算是清楚。我们使用模块化的设计，逐模块搭建，测试成功后再拼在一起。

具体实现也遇到了不少问题，值得注意的是使它发声。我们查阅了很多书籍资料，甚至换了一块更高型号的板子，最终在大家的努力与帮助下，完成了发声功能。

上文提到的备份工作也是极其重要的，特别是在环境不稳定的情况下，最好

采用热备份来实现。

参考文献

[1] Chris Nagy. dded systems design using the TI MSP430 series. Newnes，2003.

[2] John H. Davies.MSP430 Microcontroller Basics，Newnes， 2008.

[3] LUECKE, JERRY. ANALOG AND DIGITAL CIRCUITS FOR ELECTRONIC CONTROL SYSTEM APPLICATIONS: USING THE TI MSP430 MICROCONTROLLER， Newnes， 2004.

[4] 沈建华杨艳琴翟骁曙. MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计，清华大学出版社， 2005.4

[5] 秦龙. MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲，电子工业出版社, 2006.