孫蛟

（天津市師范大學(xué)，天津 300387）

基于MDV-STM32-F107音階演奏的開發(fā)設(shè)計(jì)

孫蛟

（天津市師范大學(xué)，天津 300387）

該設(shè)計(jì)主要是基于MDV-STM32-F107開發(fā)板設(shè)計(jì)研究出來的一個(gè)功能。通過LCD屏幕顯示存儲(chǔ)在SD卡內(nèi)的仿真鋼琴畫面，通過觸摸屏觸摸按鍵，蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)的琴鍵聲音。

開發(fā)板設(shè)計(jì)；功能；SD卡；蜂鳴器

一、硬件開發(fā)環(huán)境

1 M D V-S T M 3 2-F 1 0 7開發(fā)板：是意法半導(dǎo)體推出全新S T M 3 2互連型（C o n n e ct i v i t y）系列微控制器中的一款性能較強(qiáng)產(chǎn)品，此芯片集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，且S T M 3 2不同型號(hào)產(chǎn)品在引腳和軟件上具有完美的兼容性，可以輕松適應(yīng)更多的應(yīng)用。新S T M 3 2的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)包括1 0個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)1 2位1 M s a m p l e/sA D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）（快速交替模式下2 M s a m p l e/s）、兩個(gè)1 2位D A（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）、兩個(gè)I 2 C接口、五個(gè)U S A R T接口和三個(gè)S P I端口和高質(zhì)量數(shù)字音頻接口I I S，另外S T M 3 2 F 1 0 7擁有全速 U S B（O T G）接口，兩路C A N 2.0 B接口，以及以太網(wǎng)1 0/1 0 0 M A C模塊。（見表1）

2 S D卡：S D卡主要應(yīng)用于存儲(chǔ)模擬鋼琴黑白鍵的仿真界面。

2.1 S D卡結(jié)構(gòu)圖（見圖1）

S D卡中文件的分配信息是按照降序排列在F l a s h塊的頂部。每個(gè)文件塊有自己的分配記錄，第一個(gè)文件塊相對(duì)于F l a s h塊的偏移為0，于是經(jīng)常假定第一個(gè)文件塊開始于F l a s h塊起始地址。分配記錄是8字節(jié)長(zhǎng)度，并包含以下內(nèi)容：

見表1

2.1.1 文件的結(jié)束地址位于F l a s h塊中；

2.1.2 文件I D是文件的標(biāo)識(shí)碼；

2.1.3 文件塊索引是文件塊的編碼，將所有的文件數(shù)據(jù)塊從0開始編碼。

2.2 S T M P E 8 1 1觸摸屏芯片：該芯片是實(shí)現(xiàn)模塊功能的基礎(chǔ)，所有的控制操作都是基于該觸摸屏的操作。

2.3 S T M P E 8 1 1的I 2 C和S P I接口配置

該S T M P E 8 1 1接口與主機(jī)C P U通過I 2 C或S P I接口.該引腳允許I N_1在復(fù)位狀態(tài)選擇接口協(xié)議

2.4 S T M P E 8 1 1的原理圖與原理說明（見圖2）通過該作品的研究可以得出如下研究結(jié)果以及結(jié)果分析：

為了在X軸方向進(jìn)行測(cè)量，將左側(cè)總線偏置為0 V，右側(cè)總線偏置為V C C。將頂部或底部總線連接到A D C，當(dāng)頂層和底層相接觸時(shí)即可作一次測(cè)量。

為了在Y軸方向進(jìn)行測(cè)量，將頂部總線偏置為V C C，底部總線偏置為0 V。將A D C輸入端接左側(cè)總線或右側(cè)總線，當(dāng)頂層與底層相接觸時(shí)即可對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量出來的電壓值與接觸點(diǎn)的位置線性相關(guān)，即可以由V P X和V P Y分別計(jì)算出接觸點(diǎn)P的X和Y坐標(biāo)。

在實(shí)際測(cè)量中，控制電路會(huì)交替在X和Y電極組上施加V C C電壓，進(jìn)行電壓測(cè)量和計(jì)算接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。測(cè)量流程如下：

第一步，在X+上施加V C C，X-上施加0 V電壓，測(cè)量Y+(或Y-)電極上的電壓值V P X，計(jì)算出接觸點(diǎn)P的X坐標(biāo)；

第二步，在Y+上施加V C C，Y-上施加0 V電壓，測(cè)量X+(或X-)電極上的電壓值V P Y，計(jì)算出接觸點(diǎn)P的Y坐標(biāo)；

以上兩步組成一個(gè)測(cè)量周期，可以得到一組(X,Y)坐標(biāo)。

2.5 D S_I L I 9 3 2 8L C D顯示器：作為該設(shè)計(jì)的主要輸出方式，完成顯示鋼琴琴鍵畫面界面顯示的功能。

本L C D特點(diǎn)：3 2 0×2 4 0像素、3.2寸液晶屏、2 6萬真彩色、自帶電阻觸摸屏，可用來做控制輸入、通用接口，支持S P I數(shù)據(jù)傳輸，接線簡(jiǎn)單，控制方便。

2.6 D S_I L I 9 3 2 8硬件設(shè)計(jì)（圖3）

二、軟件開發(fā)環(huán)境

2.1 K e i l u V i s i o n 4：

圖1

圖2

圖3

K e i l公司開發(fā)的A R M開發(fā)工具，是用來開發(fā)基于A R M核的系列微控制器的嵌入式應(yīng)用程序。它適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入式軟件開發(fā)的入門者。

2.2 固件庫(kù)版本V 3.1

2.3 J-L i n kA R M 4.2 0 a：這個(gè)調(diào)試器包括一個(gè)高速的軟件仿真器，它可以仿真一個(gè)包括片上外設(shè)和外部硬件的完整A R M系統(tǒng)。當(dāng)用戶從設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇所需芯片時(shí)，它的屬性將自動(dòng)被配置。

表2

三、設(shè)計(jì)的主要原因說明

鋼琴音階演奏的各個(gè)音階對(duì)應(yīng)的頻率（見表2）

通過調(diào)整L C D的亮度間接調(diào)整蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。利用微控制器的定時(shí)器P WM輸出控制L E D燈的亮暗程度，通過一個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)其占空比，比如第一次0/1 0不亮；1/9很暗；第二次2/8.....，第九次9/1很亮；第十次，1 0/0完全亮。其中1/9代表其高低電平的時(shí)間之比，以此類推。

脈沖寬度調(diào)制(P WM)，是英文“P u l s e Wi d t hM o d u l a t i o n”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。通俗的理解，把P WM的一個(gè)周期分成1 0塊。這1 0塊時(shí)間里，只有1塊的時(shí)間讓L E D導(dǎo)通，剩下9塊的時(shí)間里L(fēng) E D截止。假設(shè)P WM信號(hào)的幅值是5 V，那么在導(dǎo)通的1塊時(shí)間里L(fēng) E D電壓的確是5 V的，但是在剩下9塊時(shí)間里，它的電壓卻是0 V。也就是說從一個(gè)周期整體看來，L E D的平均電壓只有5×0.1+0×0.9=0.5 V。P WM信號(hào)頻率很高的，我們無法通過肉眼來觀察到每一個(gè)周期L E D燈亮滅的變化過程，所以只好通過平均電壓這樣一種方式來決定這個(gè)L E D的亮的程度了。

P WM即脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個(gè)由T I M x_A R R寄存器確定頻率、由T I M x_C C R x寄存器確定占空比的信號(hào)。在

T I M x_C C M R x寄存器中的 O C x M位寫入“1 1 0”(P WM模式 1)或“1 1 1”（P WM模式2），能夠獨(dú)立地設(shè)置每個(gè)O C x輸出通道產(chǎn)生一路P WM。必須設(shè)置 T I M x_C C M R x寄存器O C x P E位以使能相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最后還要設(shè)置T I M x_C R 1寄存器的A R P E位使能自動(dòng)重裝載的預(yù)裝載寄存器（在向上計(jì)數(shù)或中心對(duì)稱模式中）。因?yàn)閮H當(dāng)發(fā)生一個(gè)更新事件的時(shí)候，預(yù)裝載寄存器才能被傳送到影子寄存器，因此在計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)之前，必須通過設(shè)置T I M x_EG R寄存器中的U G位來初始化所有的寄存器。O C x的極性可以通過軟件在T I M x_C C E R寄存器中的C C x P位設(shè)置，它可以設(shè)置為高電平有效活或低電平有效。T I M x_C C E R寄存器中的C C x E位控制O C x輸出使能。當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與C C R的值相等則輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與預(yù)載寄存器的值相等則輸出信號(hào)也翻轉(zhuǎn)。

結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)擺脫了單純的開發(fā)板學(xué)習(xí)模式，能激發(fā)廣大學(xué)習(xí)者以及嵌入式愛好者的興趣。通過對(duì)該設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，能使學(xué)習(xí)者對(duì)C o r t e x-M 3系列處理器的開發(fā)有一個(gè)透徹的了解。同時(shí)，這種案例的學(xué)習(xí)方式，一定程度上縮短了做實(shí)驗(yàn)與以后做產(chǎn)品之間的差距。

[1]《STM32中文參考手冊(cè)》[Z].

[2]《MDV_STM32F107vc原理圖》[Z].

[3]STMPE811觸摸屏芯片使用說明[Z].

[4]SHT11溫濕度檢測(cè)芯片使用說明[Z].

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