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1、嵌入式系统原理与应用综合设计报 告简易电子琴系统设计系 部：电子与信息工程系专业班级：学生姓名：学 号：小组成员：指导教师：时 间：2012.6.42012.6.29完完 成成 日日 期期 2012 年年 6 月月目录1 绪论 .11.1 综合设计目的 .11.2 简易电子琴简介 .11.2.1 电子琴在中国的发展 .11.2.2 电子琴发明的意义 .11.2.3 电子琴的电学原理 .21.3 芯片简介 .21.3.1 LM3S2110 微控制器 .21.3.2 ARM Cortex-M3 处理器内核 .31.3.3 通用输入/输出端口（GPIO） .31.3.4 脉宽调制器 (PWM) .3
2、2 综合设计内容 .42.1 综合设计题目 .42.2 综合设计要求 .42.2.1 主要内容 .42.2.2 主要技术指标、要求 .42.2.3 所用设备与器材 .43 硬件方案 .53.1 系统硬件的构成与原理 .53.2 ARM 2110 开发板原理与应用 .53.2.1 LM3S2110 特性概述 .53.2.2 LM3S2110 的 GPIO 特性 .63.3 独立按键 .63.4 矩阵键盘 .73.5 蜂鸣器 .83.6 LED 灯应用方式 .93.7 1602 字符液晶屏 .104 软件方案 .114.1 设计原理框图 .114.2 程序流程图 .114.3 导线连接方案 .12
3、4.4 调试过程 .135 结束语 .145.1 设计总结与感想 .145.2 答谢词 .14参考文献 .15附录一 ARM 2110 芯片 .16附录二 44 矩阵键盘 .16附录三 蜂鸣器模块 .17附录四 LCD 显示屏 .17附录五 LED 灯模块 .18附录六 实验成果图 .18附录七 程序清单 .191.头文件 .192.定义 LED .193.定义 KEY .194.LCD 模块使能 .195.LCD 显示 .206.LED 灯模块 .212012.6 上海师范大学天华学院电子工程系 ARM 综合设计11 绪论1.1 综合设计目的通过本次综合设计，运用已学的课程知识，根据题目要求
4、进行软硬件系统的设计和调试,对嵌入式系统原理与应用课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。1.2 简易电子琴简介电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，它在现代音乐中扮演着重要角色。1.2.1 电子琴在中国的发展在中国，1958 年北京邮电学院研制了一台电子管单音电子琴。由于种种原因，至 1977 年后，我国才大批生产电子琴。1989 年，我国年产儿童电子琴 200 万台，并出口 39 万台。中国的电子琴事业正在迅速发展。电子琴发展很快，琴的各项功能日趋完善。
5、音色和节奏有最初的几种发展到现在的几百种。除寄存音色外，还可通过插槽外接音色卡。合成器的某些功能，如音色的编辑修改、自编节奏、多轨录音、演奏程序记忆等也运用到电子琴上。 1.2.2 电子琴发明的意义电子琴的发明具有重大的意义： （一）电子琴的发明极大地推动了流行音乐的发展； 现代的流行音乐离不开电子琴，键盘手一般是现代电声乐队的中坚力2：简易电子琴系统2012.6量。 （单排键）电子琴、电吉他、架子鼓是流行音乐的三项主流乐器。 （二）电子琴的发明使人们可以演奏出未曾拥有的音色，丰富了人们情感的表现；电子琴创造出了许多其他乐器无法演奏出的音色，甚至自然不存在的音色，这些音色帮助了人们通过音乐表现
6、自己的情感，在很多电视节目或者音乐作品中都有运用。 （三）电子琴的发明推动了音乐的普及，它让音乐真正成为了大众的音乐，成为了人类社会不可缺少的东西。电子琴是目前用于音乐普及教育和音乐素质培养最多的乐器，它的经济性为他在普通家庭中的普及带来了可能。电子琴作为科技与音乐的产物，在信息化和电子化的时代，为音乐的大众化做出了不可磨灭的贡献，现代歌曲的制作，很多都需要电子琴才能完成，然后才通过媒介流传开来，电视剧电影插曲、电视节目音效、甚至你的手机铃声，都很可能包含电子琴的身影。1.2.3 电子琴的电学原理现在的电子琴一般使用 PCM 或 AWM 采样音源。所谓采样就是录制乐器的声音，将其数字化后存入
7、ROM 里，然后按下键时 CPU 回放该音。甚至有一些高级编曲键盘可以使用外置采样。现代电子琴并非“模仿”乐器音色。它使用的就是真实乐器音色。当然，现在力度触感在电子琴里是必备的。而且现代电子琴还加上了老式电子琴的滤波器，振荡器，包络线控制来制造和编辑音色。甚至也带上了老式电子琴的 FM 合成机构。 1.3 芯片简介1.3.1 LM3S2110 微控制器本次设计任务所要使用到的微控制器是德州仪器(TI)公司提供的LM3S2110 微控制器，这款微控制器是基于 ARM Cortex-M3 内核的微控制器，它为对成本尤其敏感的嵌入式微控制器应用方案带来了高性能的 32位运算能力。该 Stellar
8、is 系列芯片能够提供高效的性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择，适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控2012.6 上海师范大学天华学院电子工程系 ARM 综合设计3制以及连接能力的应用方案。1.3.2 ARM Cortex-M3 处理器内核Cortex-M3 内核主要是应用于小管脚数、低成本和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3 采用了新型的单线调试技术，专门拿出一个引脚来做调试，节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3 可以直接在 MCU 外连接 Flash，降低了设计难度和应用障碍，因此其发展趋势亦不容小觑。1.3.3 通用输入
9、/输出端口（GPIO）GPIO 模块由 8 个物理 GPIO 模块组成，每个对应一个独立的 GPIO端口（端口 A, 端口 B, 端口 C, 端口 D, 端口 E, 端口 F, 端口 G, 和端口H） 。GPIO 模块遵循 FiRM 规范，并且支持 11-40 个可编程的输入/输出管脚，具体取决于正在使用的外设。1.3.4 脉宽调制器 (PWM)脉宽调制（PWM）是一项功能强大的技术，它是一种对模拟信号电平进行数字化编码的方法。在脉宽调制中使用高分辨率计数器来产生方波，并且可以通过调整方波的占空比来对模拟信号电平进行编码。PWM 通常使用在开关电源和电机控制中。Stellaris PWM 模块由 1 个 PWM 发生器模块 1 个控制模块组成。 PWM 发生器模块包含 1 个定时器，2 个 PWM比较器，PWM 信号发生器，死区发生器和中断 选择器。而控制模块决定了 PWM 信号的极性，以及将哪个信号传递到管脚。PWM 发生器模块产生两个 PWM 信号，这两个 PWM 信号可以是独立的信号，也可以是一对插入了死区延迟的互补信号。PWM 发生模块的输出信号在传递到器件管脚之前由输出控制模块管理。PWM 模块具有极
