摘要 : 基于 Arduino 单片机模块设计的电子钢琴, 通过按键控制发音, 且可以录制音乐并播放已储存好的音乐可以充当简单的 MP3 播放器关键词 : 音乐播放 arduino mega2560 SD 卡模块扬声器矩阵键盘 2

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觊钓臧
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单片机课程设计实验报告实验题目电子钢琴学院物理学院专业物理学姓名学号焦大伟 201405100144

1 单片机课程设计实验报告实验题目电子钢琴学院物理学院专业物理学姓名学号焦大伟孔鹏杰李洁涵分组编号提交日期 2016 年 6 月 19 日 1

2 摘要 : 基于 Arduino 单片机模块设计的电子钢琴, 通过按键控制发音, 且可以录制音乐并播放已储存好的音乐可以充当简单的 MP3 播放器关键词 : 音乐播放 arduino mega2560 SD 卡模块扬声器矩阵键盘 2

3 目录一. 实验目的... 4 二. 实验设计功能 : 基本性要求发挥性要求... 4 三. 总体设计方案说明硬件部分软件部分... 4 四. 系统电路原理图实物图... 5 五. 程序流程图主程序... 7 六. 软件设计思想... 8 七. 系统使用和操作说明... 8 八. 系统故障诊断与排除硬件部分软件部分... 9 九. 原器件清单... 9 十. 源程序代码

4 一. 实验目的通过 Arduino 模块与矩阵键盘相结合, 模拟电子钢琴发声, 并制备简易的 MP3 播放器二. 实验设计功能 : 1. 基本性要求 ⑴ 演奏钢琴音效 ; ⑵ 已录制的音乐播放 ; ⑶ 音阶调节 ; ⑷SD 卡的读写 ; 2. 发挥性要求 ⑴ 录制音频文件 ; ⑵ 旋钮调节音色 ; 三. 总体设计方案说明 1. 硬件部分 ⑴ 扬声器作为放音源 ; ⑵ 利用矩阵键盘充当钢琴键盘, 控制不同音乐的播放 ; ⑶ 通过 SD 卡模块拷录音乐与钢琴音色 ; (4) 在单片机 RESET 键停止播放音乐 ; (5) 实验器材最终用盒子包装 2. 软件部分 ⑴ 在头文件中定义 Kaypad 与 SD 卡的头文件, 通过以矩阵的方式, 定义 4*4 键盘上各个按键的值在收到端口反馈的数字信号后, 用 switch 语句进行选择播放, 并用 break 终止 4

5 ⑵ 事先将 SD 卡内音频文件转化为 AFM 文件, 并对其进行命名, 利用 SD 卡的执行语句对 SD 卡内部的文件进行控制并且利用串口监视器也可以通过简单的语句令扬声器播放相应的音乐四. 系统电路原理图实物图加上附加功能后的系统电路原理图如下所示后使用纸盒进行包装后, 实物图如下 : 5

6 ( 黑色圆形为扬声器 ) 6

7 五. 程序流程图 1. 主程序主程序 Keypad Keypad!=0 Break SdPlay.setFile("1H.AFM") Keypad=1 Break SdPlay.setFile("2H.AFM") Keypad=2 Break SdPlay.setFile("2H.AFM") Keypad=3 END 7

8 六. 软件设计思想程序力求简洁, 将很多函数直接封装成库文件, 将 16 按钮的矩阵键盘利用矩阵表示简化为由横纵表示的数组, 因此仅需要 8 位输入端口利用 switch 语句对不同情况进行选择, 因此仅需要确定一段代码的正确, 剩余的代码就为第一段代码的简单改变, 减少了程序的复杂程度, 增强了可读性七. 系统使用和操作说明系统初始状态 : 用读卡器向 SD 卡内录入所需音频文件将 Arduino 接上电源, SD 卡插入 SD 卡模块内, 按矩阵键盘上相应的按键, 扬声器即可发出声音八. 系统故障诊断与排除 1 硬件部分 1. 初期实验时, 考虑使用蜂鸣器作为发声源, 后来发现蜂鸣器的音效太差, 故而选择了扬声器 2. 在对 SD 卡模块进行处理时, 出现了读取故障的问题, 后来发现是由于模块焊接导致的情况, 因而进行了调整 3. 原定方案为利用旋转编码器对音调进行调节, 后来对旋转编码器进行使用后发现, 其不能辨识顺时针与逆时针的方向而且经常因为硬件质量问题出现误差, 因而舍弃该方案 4. 在使用扬声器时, 有时会听到其发出不协调的声音, 后来发现是由于扬声器没有固定, 震动时与盒子表面碰撞, 影响音效, 后来将其固定变解决此问题 8

9 2 软件部分 ⑴ 在往 SD 卡内烧录音乐片段时, 发现无论哪种日常所用的音频格式均无法进行播放, 后来查找资料了解后使用了 AFM 格式的文件, 利用转换器对 MP3 格式的文件进行转化, 并成功播放 ⑵ 在对矩阵键盘进行编码时, 经常发现按键与反馈值不统一, 后来在对插线进行梳理后, 确定了正确的插线与编程方式, 解决了此问题 ⑶ 目前出现的一个问题是播放音乐时, 只能通过 RESET 以及串口监视器进行歌曲的停止, 没有设置按键对其暂停并且我们计划使用两个扬声器进行播放, 由于时间与物品问题, 只能下一步再进行实现九. 原器件清单品名型号数量 Arduino 单片机 Mega 矩阵键盘 1 SD 卡模块 1 扬声器 1 面包板 1 旋转编码器 1 USB 电缆 1 杜邦线若干跳线若干十. 源程序代码播放程序 : #include <Keypad.h> #include <SimpleSDAudio.h> const byte ROWS = 4; const byte COLS = 4; char hexakeys[rows][cols] = { 9

10 {'1','2','3','A', {'4','5','6','B', {'7','8','9','C', {'*','0','#','D' ; byte rowpins[rows] = {10, 9, 8, 7; byte colpins[cols] = {6, 5, 3, 2; Keypad customkeypad = Keypad( makekeymap(hexakeys), rowpins, colpins, ROWS, COLS); void setup(){ Serial.begin(9600); void loop(){ char customkey = customkeypad.getkey(); if (customkey!=no_key){ Serial.println(customKey); switch (customkey){ case ('1'): if (!SdPlay.setFile("1.AFM")) { ; case ('2'): if (!SdPlay.setFile("2.AFM")) { ; 10

11 case ('3'): if (!SdPlay.setFile("3.AFM")) { ; case ('4'): if (!SdPlay.setFile("4.AFM")) { ; case ('5'): if (!SdPlay.setFile("5.AFM")) { ; case ('6'): if (!SdPlay.setFile("6.AFM")) { 11

12 ; case ('7'): if (!SdPlay.setFile("7.AFM")) { ; case ('8'): if (!SdPlay.setFile("1H.AFM")) { ; case ('9'): if (!SdPlay.setFile("2H.AFM")) { ; case ('0'): 12

13 if (!SdPlay.setFile("3H.AFM")) { ; case ('D'): if (!SdPlay.setFile("FRIEND.AFM")) { ; SD 卡写入程序 myfile = SD.open("text.txt", FILE_WRITE); // if the file opened okay, write to it: if (myfile) { Serial.print("Writing to text.txt..."); myfile.println("testing 1, 2, 3."); // close the file: myfile.close(); Serial.println("done."); else { // if the file didn't open, print an error: Serial.println("error opening text.txt"); 13

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摘要 : 基于 Arduino 单片机模块设计的电子钢琴, 通过按键控制发音, 且可以录制音乐并播放已储存好的音乐可以充当简单的 MP3 播放器关键词 : 音乐播放 arduino mega2560 SD 卡模块扬声器矩阵键盘 2