嵌入式課程設(shè)計(jì)論文.doc

1、廣西大學(xué)行健文理學(xué)院嵌入式課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于ARM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放 學(xué) 部： 電氣信息學(xué)部 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 2011級(jí)(1)班 學(xué) 號(hào)： 1138340107 學(xué)生姓名： 梁婷婷 指導(dǎo)教師： 黃江 2014年10月摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，人們的生活水平在逐步的提高。微電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得電子產(chǎn)品無(wú)處不在，ARM的應(yīng)用也越來(lái)越貼近人們的生活，用ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)一些電子設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越容易。脈寬控制技術(shù)（PWM）簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是非常重要的電力電子控制技術(shù)，利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，對(duì)提高電力電子裝置的性能，促進(jìn)電力電子技術(shù)的發(fā)

2、展有著巨大的推動(dòng)作用。本系統(tǒng)主要介紹了基于LPC2132的PWM信號(hào)發(fā)生器制作系統(tǒng)，主要功能是對(duì)PWM輸出波形的頻率、占空比的連續(xù)調(diào)節(jié)，并能對(duì)運(yùn)行信號(hào)參數(shù)用示波器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。電路主要分為三個(gè)模塊，核心模塊采用LPC2138中央控制單元，通道選擇模塊，鍵盤控制模塊采用了五個(gè)按鍵控制，分別調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比加和減、頻率的加和減、輸出PWM通道選擇。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，該信號(hào)發(fā)生器便于觀察和調(diào)節(jié)，控制精確誤差小。本課題的CPU核心芯片采用的是 ARM7 的LPC2138，實(shí)現(xiàn)了采用LPC2138的一個(gè)I/O口控制speaker發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放。實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)程序?qū)⒏枨?jiǎn)譜和節(jié)拍數(shù)各自放在一數(shù)組中，依次

3、從簡(jiǎn)譜數(shù)組中得到相應(yīng)頻率后放到PWMMR0中，然后進(jìn)行所存，改變PWM輸出頻率，并從節(jié)拍數(shù)組中獲得相應(yīng)的延時(shí)參數(shù)，兩者配合得到音樂(lè)輸出。改變PWMMR0的值，來(lái)改變PWM輸出的頻率。實(shí)驗(yàn)設(shè)定PWM輸出單邊沿PWM方波，控制蜂鳴器BEEP發(fā)出聲音，以此實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，必須熟悉ARM的原理與結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程有很好的把握，銜接好各個(gè)模塊。 關(guān)鍵詞：LPC2138；PWM的頻率；蜂鳴器；占空比；頻率AbstractPulse width control technology (PWM) referred to pulse width modulation, is very

4、important power electronic control technology, the use of the microprocessor digital output to to the analog circuit to control a very effective technology, to improve the performance of the power electronic devices, and promote the development of the power electronic technology has a great push for

5、ward.This system mainly introduces the LPC2132 PWM signal generator based on the production system, the main function is to the output waveform, the frequency PWM occupies emptiescompared to continuous adjustment, and can run with an oscilloscope to signal parameter real-time display. Circuit can be

6、 divided into three modules, the core module LPC2138 central control unit, channel selection module, the keyboard control module adopted five key control, regulate PWM signal occupies emptiescompared to add and subtract, frequency of addition and subtraction, output PWM channel selection. The result

7、s of experiment, this signal generator for observation and regulation, control precise small error.Key words: LPC2132; PWM; Button; Occupies emptiescompared; frequency目錄第一章 緒論 11.1 選題背景及意義 11.2 本文主要工作及論文組織結(jié)構(gòu) 1 1.3 方案的論證及比較 2第二章 電路模塊設(shè)計(jì)原理 32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.2 系統(tǒng)電路的主要器件及原理 3第三章 LPC2138實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放的硬件電路設(shè)計(jì)93.1 整體硬件電

8、路設(shè)計(jì) 93.2 各模塊電路設(shè)計(jì) 10第四章 軟件設(shè)計(jì)與仿真 114.1 程序設(shè)計(jì) 114.2 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 12參考文獻(xiàn) 18附錄 19第一章 緒論1.1 選題背景及意義未來(lái)對(duì)多媒體的研究，主要有以下幾個(gè)研究方面：數(shù)據(jù)壓縮、多媒體信息特性與建模、多媒體信息的組織與管理、多媒體信息表現(xiàn)與交互、多媒體通信與分布處理、多媒體的軟硬件平臺(tái)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體應(yīng)用開發(fā)。 展望未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相交融的交互式多媒體將成為21世紀(jì)多媒體發(fā)展方向。所謂交互式多媒體是指不僅可以從網(wǎng)絡(luò)上接受信息、選擇信息，還可以發(fā)送信息，其信息是以多媒體的形式傳輸。利用這一技術(shù)，人們能夠在家里購(gòu)物、點(diǎn)播自己喜歡的電視

9、節(jié)目。21世紀(jì)的交互式多媒體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將會(huì)極大的改變我們的生活。嵌入式系統(tǒng)具有處理速度快、低功耗、體積小、功能強(qiáng)大且易于移植等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。MP3(Moving Picture Experts Group Audio Layer)全稱是動(dòng)態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面3。它設(shè)計(jì)用來(lái)大幅度地壓縮音頻數(shù)據(jù)量，并實(shí)現(xiàn)重放的音質(zhì)與原來(lái)不經(jīng)壓縮的音頻相比沒有明顯的下降。鑒于MP3編碼方式的特點(diǎn)，將其作為音樂(lè)播放器的音頻文件時(shí)，可以在有限的存儲(chǔ)空間內(nèi)存放更多的音頻信息?，F(xiàn)在的數(shù)字音樂(lè)播放器市場(chǎng)，采用ARM主控+DSP音頻解碼芯片+SD存儲(chǔ)卡所構(gòu)成的數(shù)字音樂(lè)播放系統(tǒng)具有強(qiáng)大的播放能力和較好的性價(jià)比，在中

10、、高端音頻解碼領(lǐng)域內(nèi)有著較強(qiáng)的生命力。本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)的MP3播放器。LPC2138是支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的1632位ARM7TDMI-STM CPU，并帶有64 KB RAM和512 KB的高速FLASH存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最高時(shí)鐘速率下運(yùn)行。ARM7體系為32位構(gòu)架，它在處理數(shù)據(jù)時(shí)相對(duì)于8位單片機(jī)效率明顯提高，在處理文件系統(tǒng)所需要的大量的長(zhǎng)整形數(shù)據(jù)的乘除運(yùn)算時(shí)這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。同時(shí)它的硬件SPI，SSP總線控制器可以使控制器方便的與外部擴(kuò)展設(shè)備進(jìn)行連接。而且它的性價(jià)比較高，很適合用來(lái)做數(shù)字音樂(lè)播放系統(tǒng)的主控制器。

11、1.2 本文主要工作及論文組織結(jié)構(gòu)1.2.1本文主要工作本次設(shè)計(jì)基于嵌入式ARM的PWM信號(hào)發(fā)生器。通過(guò)I/O口控制speaker實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放。實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)改變PWMMR0的值，來(lái)改變PWM輸出的頻率。實(shí)驗(yàn)設(shè)定PWM輸出單邊沿PWM方波，控制蜂鳴器BEEP發(fā)出聲音，改變，發(fā)出不同頻率的聲音，以此實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放。1.2.2論文組織結(jié)構(gòu)本論文首先進(jìn)行方案的論證和比較。通過(guò)對(duì)方案的論證和比較后，具體突出本論文設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步的論證和比較確定了本次設(shè)計(jì)具體實(shí)施方案的可行性和優(yōu)越性；然后對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)以及對(duì)各模塊的原理介紹；最后進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)及調(diào)試。具體的各個(gè)硬件電路主要工

12、作原理如下：電源電路為單片機(jī)以及其模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源；使系統(tǒng)各部分能工作正常；LPC2138作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制最后從蜂鳴器發(fā)出原先設(shè)定好的音樂(lè)。完成電路的設(shè)計(jì)并調(diào)試好了后進(jìn)入論文的收尾階段，其中有本論文的結(jié)束語(yǔ)，附錄及致謝等。1.3 本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)隨著人們的生活水平不斷提高，精神資料的需求逐漸提高，多媒體已經(jīng)成為生活中必不可少的一部分。各式各樣的多媒體迅速充斥了我們的生活，現(xiàn)在，多媒體正在向便攜個(gè)人多媒體發(fā)展。 我們生活中數(shù)字信息的數(shù)量在今后幾十年中將急劇增加,質(zhì)量上也將大大地改善。多媒體正在迅速的、意想不到的方式進(jìn)入人們生活的多個(gè)方面，大的趨勢(shì)是各個(gè)方面都將朝著當(dāng)

13、今新技術(shù)綜合的方向發(fā)展。 他們可以歸結(jié)為兩大類：音頻，視頻。但是現(xiàn)在多媒體的格式越來(lái)越多，比較流行的多媒體格式就有十多種，他們音質(zhì)畫質(zhì)參差不齊，便攜式設(shè)備上可用的媒體播放器較PC上的應(yīng)用還有不小的差距。那些在電腦上運(yùn)行的播放器經(jīng)常因?yàn)椴僮鳝h(huán)境等原因而不能在我們的機(jī)器上運(yùn)行。這就凸顯處軟件移植的必要性，現(xiàn)在的手機(jī)大部分都帶有嵌入式操作系統(tǒng)，這為我們軟件的移植提供了一定程度的方便，我們完全可以把一款優(yōu)秀的多媒體播放器軟件如Mplayer移植到手機(jī)上，它幾乎支持幾乎所有的音頻視頻文件，方便我們享受多媒體的樂(lè)趣。第二章 電路模塊設(shè)計(jì)及原理2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)的硬件系統(tǒng)主要包括：LPC2138控制模

14、塊，揚(yáng)聲器SPEAKER，三極管，電阻等。大體的設(shè)計(jì)思路如下圖2-1所示。圖2-1 基于在ARM平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放系統(tǒng)框圖2.2 系統(tǒng)電路的主要器件及原理2.2.1 LPC2138基本原理本設(shè)計(jì)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的音樂(lè)播放器，只需給出合適的晶振頻率以及歌曲樂(lè)譜，本設(shè)計(jì)以Arm芯片作為信息處理中心，通過(guò)對(duì)LPC2138進(jìn)行編程，完成信號(hào)輸入檢測(cè)、信息分析處理及信息顯示。Arm芯片具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理功能強(qiáng)大，相當(dāng)于小型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，有較強(qiáng)的位處理功能，比單片機(jī)更容易簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放。所以，無(wú)論是實(shí)用性還是功能上都具有更大的優(yōu)勢(shì)，所以本設(shè)計(jì)采用的是ARM即LPC2138。（1） LPC2138主要特

15、性采用小型64封裝。32KB的RAM,512KB的FLASH，16個(gè)10位通道，1個(gè)10位通道。 LPC2138是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32/16 位ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并帶有32kB、64kB、512 kB 的嵌入的高速Flash 存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb?模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。較小的封裝和極低的功耗使 LPC2131/2132/2138 可理想地用于小型系統(tǒng)中，如訪問(wèn)控制和POS 機(jī)。寬范圍的串行通信接口和片內(nèi)8/1

16、6/32kB 的SRAM 使LPC2131/2132/2138 非常適用于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟modem、聲音辨別和低端成像，為它們提供巨大的緩沖區(qū)空間和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32 位定時(shí)器、1個(gè)或2 個(gè)10 位8 路ADC、10 位DAC、PWM 通道和47 個(gè)GPIO 以及多達(dá)9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。（2） IO口分配LPC2138主控制器直接采用了廣州周立功公司的EasyARM開發(fā)板，減短了開發(fā)時(shí)間并有效保證了電路部分的穩(wěn)定性。系統(tǒng)晶振采用11.059 2MHz的外部晶振，通過(guò)內(nèi)置的PLL倍頻電路，可以將主頻升高到44236 8 MHz，滿足系

17、統(tǒng)要求。LPC2138具有片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，需3.3V電源、復(fù)位電路、晶振電路，P0.14接一個(gè)上拉電阻禁止ISP功能。LPC2138的UART0沒有完整的Modem接口信號(hào)，僅提供TXD、RXD信號(hào)引腳，使用UART0與RS-232接口進(jìn)行串行通信需要一個(gè)RS-232轉(zhuǎn)換器（MAX3223芯片）將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平。 小型L64 封裝的16/32 位ARM7TDMI-S 微控制器。 8/16/32kB 片內(nèi)靜態(tài)RAM。 片內(nèi)Boot 裝載軟件實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)/在應(yīng)用中編程（ISP/IAP）。扇區(qū)擦除或整片擦除的時(shí)間為400ms，1ms 可編程256 字節(jié)。 EmbeddeDI

18、CE?RT 和嵌入式跟蹤接口可實(shí)時(shí)調(diào)試（利用片內(nèi)RealMonitor 軟件）和高速跟蹤執(zhí)行代碼。 1 個(gè)（LPC2132/2132）或2 個(gè)（LPC2138）8 路10 位A/D 轉(zhuǎn)換器共包含16 個(gè)模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44us。 1 個(gè)10 位D/A 轉(zhuǎn)換器，可提供不同的模擬輸出（LPC2132/2138） 2 個(gè)32 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（帶4 路捕獲和4 路比較通道）、PWM 單元（6 路輸出）和看門狗。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和時(shí)鐘源，在節(jié)電模式下極大地降低了功耗。 多個(gè)串行接口，包括2 個(gè)16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、2 個(gè)高速I2C 接口（400 kbit/s）、SPITM

19、 和SSP（具有緩沖功能，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變）。 向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址。 多達(dá)47 個(gè)5V 的通用I/O 口（LQ64 封裝）。 9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。 通過(guò)片內(nèi) 可實(shí)現(xiàn)最大為60M 的 CPU 操作頻率，PLL 的穩(wěn)定時(shí)間為100us。 片內(nèi)晶振頻率范圍：130 MHz。 2 個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。 可通過(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能和降低外部時(shí)鐘來(lái)優(yōu)化功耗。 通過(guò)外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。 單個(gè)電源供電，含有上電復(fù)位（POR）和掉電檢測(cè)（BOD）電路：CPU 操作電壓范圍：3.03.6 V （3.3 V+/ 10%），I/O 口可承受5V 的最大電壓。（3）

20、 LPC2138引腳說(shuō)明LPC2138的脈寬調(diào)制器建立在標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器0/1之上，應(yīng)用可在PWM和匹配功能當(dāng)中進(jìn)行選擇。PWM基于標(biāo)準(zhǔn)的定時(shí)器模塊并具有其所有特性。不過(guò)LPC2131/2132/2138只將其PWM 功能輸出到管腳。定時(shí)器對(duì)外設(shè)時(shí)鐘(pclk)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可選擇產(chǎn)生中斷或基于7個(gè)匹配寄存器，在到達(dá)指定的定時(shí)值時(shí)執(zhí)行其它動(dòng)作。PWM功能是一個(gè)附加特性，建立在匹配寄存器事件基礎(chǔ)之上。較小的封裝和極低的功耗使 LPC2138 可理想地用于小型系統(tǒng)中。以及簡(jiǎn)單的引腳圖介紹如圖2-2所示。圖2-2 LPC2138引腳圖P0.6 30 I/O I I MOSI0SPI0 主機(jī)輸出/從機(jī)輸入，主機(jī)

21、到從機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 CAP0.2定時(shí)器0 捕獲輸入2 AD1.0A/D 轉(zhuǎn)換器1 輸入0。該模擬輸入總是連接到相應(yīng)的管腳。P0.7 31 I O I SSEL0SPI0 從機(jī)選擇，選擇SPI 接口用作從機(jī)。 PWM2脈寬調(diào)制器輸出2 EINT2外部中斷2 輸入。P0.8 33 O O I TxD1UART1 的發(fā)送器輸出 PWM4脈寬調(diào)制器輸出4 AD1.1A/D 轉(zhuǎn)換器1 輸入1。該模擬輸入總是連接到相應(yīng)的管腳。P0.9 34 I O I RxD1UART1 的接收器輸入 PWM6脈寬調(diào)制器輸出6 EINT3外部中斷3 輸入。P0.10 35 O I I RTS1UART1 請(qǐng)求發(fā)送輸出 CA

22、P1.0定時(shí)器1 捕獲輸入0 AD1.2A/D 轉(zhuǎn)換器1 輸入2。該模擬輸入總是連接到相應(yīng)的管腳。P0.11 37 I I I/O CTS1UART1 的清零發(fā)送輸入 CAP1.1定時(shí)器1 捕獲輸入1 SCL1I2C1 時(shí)鐘輸入/輸出。開漏輸出。P0.12 38 I O I DSR1UART1 的數(shù)據(jù)設(shè)備就緒輸入 MAT1.0定時(shí)器1 匹配輸出0 AD1.3A/D 轉(zhuǎn)換器1 輸入3。該模擬輸入總是連接到相應(yīng)的管腳。 P1.0P1.31 I/O P1 口：P1 口是一個(gè)32 位雙向I/O 口。每個(gè)位都有獨(dú)立的方向控 制。P1 口管腳的操作取決于管腳連接模塊所選擇的功能。P1 口的P1.0P1.1

23、5 不可用。 P1.16 16 O TRACEPKT0跟蹤包位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O 口。P1.17 12 O TRACEPKT1跟蹤包位1，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O 口。P1.18 8 O TRACEPKT2跟蹤包位2，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O 口。P1.19 4 O TRACEPKT3跟蹤包位3，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O 口。 P1.20 48 O TRACESYNC跟蹤同步。帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O 口。當(dāng)RESET為低 時(shí)，TRACESYNC上的低電平使P1.16P1.25在復(fù)位后作為跟蹤端口。 P1.27 64 O TDOJTAG 接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。 P1.28 60 I TDIJTAG

24、 接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸入。 P1.29 56 I TCKJTAG 接口測(cè)試時(shí)鐘。在這里，我們使用的是P0.7端口完成實(shí)驗(yàn)。圖 2-3 ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2.2三極管蜂鳴器的特性（1）三極管的特性半導(dǎo)體雙極型三極管又稱晶體三極管，通常簡(jiǎn)稱晶體管或三極管，它是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，可用來(lái)對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大和作無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。它具有結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)、體積小、耗電省等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，故在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的

25、控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB, 表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置 ，否則會(huì)放大失真。在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，IB變大，IC也變大，IC 在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極

26、電壓UC會(huì)降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。三極管在這里的作用有二：開關(guān)作用，控制蜂鳴器電源電路的通斷；提供蜂鳴器發(fā)聲所需的較高電流， 單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，而我們知道三極管有電流放大的作用，在這里就是利用三極管放大電流來(lái)使蜂鳴器獲得足夠的驅(qū)動(dòng)電流；三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。（2）蜂鳴器的作用蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流或者交流供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)

27、準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)分類根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分類用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器唱歌，蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，他廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 單片機(jī)上面使用的蜂鳴器一般都是無(wú)源電磁式的蜂鳴器（如下圖所示）。它由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，

28、單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。單片機(jī)與蜂鳴器連接如圖2-4所示。圖2-4 單片機(jī)與蜂鳴器連接圖蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過(guò)限流電阻R1后由單片機(jī)的P3.7引腳控制，當(dāng)P3.7輸出高電平時(shí)，三極管T1截止，沒有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.7輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過(guò)程序控制P3.7腳的電平來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。 程序中改變單片機(jī)P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同

29、音色、音調(diào)的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們都可以通過(guò)編程實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。第三章 整體電路的設(shè)計(jì)3.1 整體硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)改變PWMMR0的值，來(lái)改變PWM輸出的頻率。實(shí)驗(yàn)設(shè)定PWM輸出單邊沿PWM方波，控制蜂鳴器BEEP發(fā)出聲音，改變，發(fā)出不同頻率的聲音，以此實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放。進(jìn)行PWM音樂(lè)輸出設(shè)計(jì)，需要我們了解一些簡(jiǎn)譜和頻率的關(guān)系。在文件music.h中可以得到我們需要的信息，它給出了常用簡(jiǎn)譜和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這使我們成功得把歌曲簡(jiǎn)譜轉(zhuǎn)換成我們需要的歌曲簡(jiǎn)譜和節(jié)拍數(shù)。程序?qū)⒏枨?jiǎn)譜和節(jié)拍數(shù)各自放在一數(shù)組中，依次從簡(jiǎn)譜數(shù)組中得到相應(yīng)頻

30、率后放到PWMMR0中，然后進(jìn)行所存，改變PWM輸出頻率，并從節(jié)拍數(shù)組中獲得相應(yīng)的延時(shí)參數(shù)，兩者配合得到音樂(lè)輸出。歌曲簡(jiǎn)譜、music.h文件和程序清單請(qǐng)看附錄。圖 3-1 基于LPC2138音樂(lè)播放器電路原理圖3.2各模塊電路設(shè)計(jì)1 直流蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序直流蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)是非常簡(jiǎn)單的，只要在其兩端施加額定工作電壓，蜂鳴器就發(fā)聲。以NPN三極管驅(qū)動(dòng)電路為例，只要在三極管的基極接入高電平，蜂鳴器就能發(fā)聲。例如：蜂鳴器每秒鐘發(fā)聲100mS時(shí)，三極管基極的驅(qū)動(dòng)波形如圖所示。2 交流蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序交流蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，要在蜂鳴器兩端施加額定電壓的方波。蜂鳴器的工作頻率范圍通常是很窄的，這意味著一個(gè)

31、蜂鳴器通常只能工作在其額定頻率才會(huì)有良好的發(fā)聲效果（包括聲壓和音色等）。有些蜂鳴器的工作頻率范圍是比較寬的，這樣就可以通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)方波的頻率而使蜂鳴器發(fā)出音樂(lè)，演奏歌曲。例如：蜂鳴器每秒鐘發(fā)聲100mS時(shí)，三極管基極的驅(qū)動(dòng)波形如下圖所示。第四章 軟件設(shè)計(jì)與仿真4.1 程序設(shè)計(jì)電路輸出的PWM信號(hào)，從LPC2138的P0.7管腳輸出。由設(shè)計(jì)要求，可分析得出程序設(shè)計(jì)一共有以下幾個(gè)模塊：(1)初始化程序設(shè)計(jì)，即初始化LPC2138芯片，設(shè)置P0.7為輸出管腳。(2)PWM信號(hào)發(fā)生設(shè)計(jì)，初始化LPC2138后，要開啟PWM的專用定時(shí)器，通過(guò)它的匹配功能來(lái)產(chǎn)生PWM信號(hào)。(3)變量控制，產(chǎn)生PWM信號(hào)后

32、，要通過(guò)程序設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的周期和占空比。(4)屏幕顯示，產(chǎn)生PWM信號(hào)，送至示波器顯示?；贚PC2138音樂(lè)播放器程序流程圖如圖4-1所示圖 4-1 基于LPC2138音樂(lè)播放器程序流程圖4.2 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試對(duì)軟硬件部分有了初步的設(shè)計(jì)后，便需要開始進(jìn)行軟件的編寫調(diào)試硬件電路的仿真了，系統(tǒng)的仿真對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)非常有必要，只有系統(tǒng)的仿真成功之后才能進(jìn)一步焊接出我們需要的硬件電路。4.2.1 系統(tǒng)軟件的調(diào)試對(duì)于系統(tǒng)的軟件這一部分我們采用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫，寫出來(lái)的源代碼我們通過(guò)keil-c來(lái)進(jìn)行調(diào)試，檢查是否有語(yǔ)法上的錯(cuò)誤或警告等。軟件部分的調(diào)試如圖4-3所示。這個(gè)圖顯示的是分別進(jìn)行了

33、編譯、連接和運(yùn)行操作后的結(jié)果:圖 4-2 keil-c編譯4.2.2 系統(tǒng)硬件的仿真完成的系統(tǒng)軟件的調(diào)試并且沒有錯(cuò)誤警告之后，我們要進(jìn)行的是硬件的仿真，在硬件仿真中我們需要用到的是protues仿真軟件，之所以選擇這個(gè)仿真軟件，是因?yàn)閜rotues里面可以仿真單片機(jī)部分。在仿真開始之前，先在protues里面畫好單片機(jī)和顯示部分的硬件電路圖，其電路圖如圖4-3所示。圖 4-3 整體電路圖在這個(gè)硬件仿真電路中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是音樂(lè)播放器，而其中的聲音播放部分是無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿真的，所以只能用一個(gè)示波器來(lái)觀察波形的變化。連接好硬件電路后，雙擊LPC2138中中導(dǎo)入剛剛所生成的ccy02.hex文件，單機(jī)運(yùn)行

34、按鈕，觀察聲音的變化。本仿真實(shí)驗(yàn)的硬件系統(tǒng)主要包括：LPC2138控制模塊，揚(yáng)聲器SPEAKER，三極管，電阻等。圖 4-4 LPC2138音樂(lè)播放器仿真運(yùn)行圖從圖中所顯示出的小紅點(diǎn)來(lái)看，整個(gè)電路的處理部分和顯示部分是沒有問(wèn)題的，是可靠且行得通的硬件電路部件，具體的仿真結(jié)果分別如圖所示。按上圖進(jìn)行仿真后得到的輸出波形如圖4-5所示。圖 4-5 輸出波形圖如上圖所示的波形圖可以得到波形。4.2.3 調(diào)試總結(jié)調(diào)試在仿真調(diào)試的過(guò)程中，為了能夠算出來(lái)延時(shí)的周期，我決定用protues來(lái)進(jìn)行仿真。具體的方法為：在keil-c中編程生成.hex文件然后倒入單片機(jī)中進(jìn)行仿真。在這過(guò)程中由于對(duì)protues和

35、keil軟件不太熟悉，所以剛開始無(wú)從下手，但是經(jīng)過(guò)老師同學(xué)的指導(dǎo)按步驟反復(fù)練習(xí)后就比較熟悉了，自己可以操作完成編譯然后系統(tǒng)正常運(yùn)行了。總結(jié)經(jīng)過(guò)這幾個(gè)星期的努力，我們小組終于順利完成了本次嵌入式課程設(shè)計(jì)。 剛開始做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候感覺我們什么都不清楚，不知道從哪里下手，腦子里比較浮躁和零亂。但通過(guò)一段時(shí)間的努力，重溫書籍，還有查看相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)以及一些參考文獻(xiàn)，再加之在老師的指導(dǎo)和周圍同學(xué)的幫助下，使我們對(duì)本設(shè)計(jì)有了基本的掌握，確定基本設(shè)計(jì)方案，對(duì)所用芯片功能有了較清晰的認(rèn)識(shí)。經(jīng)歷了一次次的困難，卻積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題主要有以下三點(diǎn)：第一：對(duì)ARM的編譯語(yǔ)言與C語(yǔ)言沒

36、有清楚的區(qū)別，出現(xiàn)了一些難以發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。第二：對(duì)proteus軟件應(yīng)用的不熟練，在畫電路圖和系統(tǒng)的仿真調(diào)試的時(shí)候，操作不熟練，浪費(fèi)了很多時(shí)間。第三：缺少這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)知識(shí)掌握的不夠全面，多走了很多彎路。最后，我們要衷心的感謝老師給了我們一次實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們更加深刻地了解和認(rèn)識(shí)到了自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)我們發(fā)現(xiàn)了我們好多知識(shí)都不熟悉甚至有的東西我們根本就不知道，這讓我們感到了要學(xué)習(xí)的東西還有很多很多。因此使我們更堅(jiān)定了在以后的學(xué)習(xí)中要扎實(shí)好基基礎(chǔ)，廣闊的知識(shí)。參考文獻(xiàn)1李驅(qū)光等，ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解M。北京：清華大學(xué)出版社，20032賈智平，張瑞華。嵌入式系統(tǒng)原理與接口

37、技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，20043周立功等，深入淺出ARM7：LPC213x214xM.北京：航天航空大學(xué)出版社，2005參考文獻(xiàn)4 陶桓齊，張小華，彭其圣.模擬電子技術(shù)M.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2007.45-1025 任為民.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社,1997.58-876 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社, 2005.69-86附錄1.程序源代碼#include #define TEMPO 8#define _1 TEMPO*4 #define _1d TEMPO*6 #define _2 TEMPO*2 #define _2d TEMPO

38、*3 #define _4 TEMPO*1#define _4d TEMPO*3/2#define _8 TEMPO*1/2#define _8d TEMPO*3/4#define _16 TEMPO*1/4#define _16d TEMPO*3/8#define _32 TEMPO*1/8#define _1DO 1000000/(262*2)#define _1RE 1000000/(294*2)#define _1MI 1000000/(330*2)#define _1FA 1000000/(349*2)#define _1SO 1000000/(392*2)#define _1LA 1000000/(440*2)#define _1SI 1000000/(494*2)#define _DO 1000000/(523*2)#define _RE 1000000/(587*2)#define _MI 1000000/(659*2)#define _FA 1000000/(698*2)#define _SO 1000000/(784*2)#define _LA 100