【正文】 功能齊全的調(diào)試解決方案有：串行線 JTAG 調(diào)試端口（ SWJDP）； Flash 修補和斷點（ FPB）單元，用于實現(xiàn)斷點操作；數(shù)據(jù)觀察點和觸發(fā)（ DWT）單元，用于執(zhí)行 觀察點、觸發(fā)源和系統(tǒng)性能分析；儀表跟蹤宏單元（ ITM），用于支持 printf 型調(diào)試；跟蹤端口接口單元（ TPIU）用作跟蹤端口分析儀的橋接。 除此之外，該 LM3S2110 微控制器的優(yōu)勢還在于能夠方便的運用多種ARM 的開發(fā)工具和片上系統(tǒng)（ SoC）的底層 IP 應(yīng)用方案，以及廣大的用戶群體。該系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示，利用 LM3S2110 微控制器驅(qū)動液晶顯示屏 、蜂鳴器和 LED 燈 模塊 ；使用 獨立 按鍵來 跳出、 停止 或開啟蜂鳴器播放音樂 ； 使用矩陣鍵盤來實現(xiàn)簡易電子琴的演奏功能 ；使用 LED 燈來顯示音 階 。它可以產(chǎn)生簡單的 PWM 信號，如簡易充電泵需要的信號；也可以產(chǎn)生帶死區(qū)延遲的成對 PWM 信號，如供半 H橋驅(qū)動電路使用的信號。而控制模塊決定了 PWM信號的極性，以及將哪個信號傳遞到管腳。在脈寬調(diào)制中使用高分辨率計數(shù)器來產(chǎn)生方波，并且可以通過調(diào)整方波的占空比來對模擬信號電平進行編碼。同時， CortexM3 可以直接在 MCU 外連接 Flash，降低了設(shè)計難度和應(yīng)用障礙，因此其發(fā)展趨勢亦不容小覷。 芯片簡介 LM3S2110 微控制器 本次設(shè)計任 務(wù)所要使用到的微控制器是德州儀器 (TI)公司提供的LM3S2110 微控制器，這款微控制器是基于 ARM CortexM3 內(nèi)核的微控制器，它為對成本尤其敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用方案帶來了高性能的 32 位運算能力。它使用的就是真實樂器音色。 電子琴的 電學原理 現(xiàn)在的電子琴一般使用 PCM 或 AWM 采樣音源。 （二）電子琴的發(fā)明使人們可以演奏出未曾擁有的音色，豐富了人們情感的表現(xiàn)；電子琴創(chuàng)造出了許多其他樂器無法演奏出的音色，甚至自然不存在的音色，這些音色幫助了人們通過音樂表現(xiàn)自己的情感，在很多電視節(jié)目或者 音樂作品 中都有運用。除寄存音色外，還可通過插槽外接音色卡。 1989 年，我國年產(chǎn)兒童電子琴 200 萬臺，并出口 39 萬臺。 《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》綜合設(shè)計報告 簡易電子琴系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 電子與信息工程系 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 小組成員： 指導(dǎo)教師： 時 間： ~ 完 成 日 期 2020 年 6 月 目錄 1 緒論 ......................................................... 1 綜合設(shè)計目的 ........................................... 1 簡易電子琴簡介 ......................................... 1 電子琴在中國的發(fā)展 ................................ 1 電子琴發(fā)明的意義 .................................. 1 電子琴的電學原理 .................................. 2 芯片簡介 ................................................ 2 LM3S2110 微控制器 ................................. 2 ARM CortexM3 處理器內(nèi)核 .......................... 3 通用輸入 /輸出端口（ GPIO） ......................... 3 脈寬調(diào)制器 (PWM).................................. 3 2 綜合設(shè)計內(nèi)容 ................................................. 4 綜合設(shè)計題目 ............................................ 4 綜合設(shè)計要求 ............................................ 4 主要內(nèi)容 .......................................... 4 主要技術(shù)指標、要求 ................................ 4 所用設(shè)備與器材 .................................... 4 3 硬件方案 ..................................................... 5 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成與原理 ................................... 5 ARM 2110 開發(fā)板原理與應(yīng)用 ............................... 5 LM3S2110 特性概述 ................................. 5 LM3S2110 的 GPIO 特性 .............................. 6 獨立按鍵 ............................................... 6 矩陣鍵盤 ............................................... 7 蜂鳴器 .................................................. 8 LED 燈應(yīng)用方式 .......................................... 9 1602 字符液晶屏 ........................................ 10 4 軟件方案 .................................................... 11 設(shè)計原理框圖 ........................................... 11 程序流程圖 ............................................. 11 導(dǎo)線連接方案 ........................................... 12 調(diào)試過程 ............................................... 13 5 結(jié)束語 ...................................................... 14 設(shè) 計總結(jié)與感想 ......................................... 14 答謝詞 ................................................. 14 參考文獻 ...................................................... 15 附錄一 ARM 2110 芯片 .......................................... 16 附錄二 44 矩陣鍵盤 .......................................... 16 附錄三 蜂鳴器模塊 ............................................. 17 附錄四 LCD 顯示屏 ............................................. 17 附錄五 LED 燈模塊 ............................................. 18 附錄六 實驗成果圖 ............................................. 18 附錄七 程序清單 ............................................... 19 .................................................. 19 LED ................................................. 19 KEY ................................................. 19 模塊使能 ............................................. 19 顯示 ................................................. 20 燈模塊 ............................................... 21 上海師范 大學 天華學院電子工程系 ARM 綜合設(shè)計 1 1 緒論 綜合設(shè)計目的 通過本次綜合設(shè)計，運用已學的課程知識，根據(jù)題目要求進行軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試 ,對《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程中涉及的芯片結(jié)構(gòu)、控制原理、硬件和編程等方面有 一定的感性認識和實踐操作能力，從而加深對本課程知識點的理解，使應(yīng)用知識能力、設(shè)計能力、調(diào)試能力以及報告撰寫能力等方面有顯著提高。由于種種原因，至 1977 年后，我國才大批生產(chǎn)電子琴。音色和節(jié)奏有最初的 幾種發(fā)展到現(xiàn)在的幾百種。（單排鍵）電子琴、電吉他、 架子鼓 是流行音樂的三項主流樂器。 電子琴作為科技與音樂的產(chǎn)物，在信息化和電子化的時代，為音樂的大眾化做出了不可磨滅的貢獻，現(xiàn)代歌曲的制作，很多都需要電子琴才能完成，然后才通過媒介流傳開來，電視劇電影插曲、電視節(jié)目音效、甚至你的手 機鈴聲，都很可能包含電子琴的身影?，F(xiàn)代電子琴并非 “模仿 ”樂器音色。甚至也帶上了老式電子琴的 FM 合成機構(gòu)。 CortexM3 采用了新型的單線調(diào)試技術(shù)，專門拿出一個引腳來做調(diào)試，節(jié)約了大筆的調(diào)試工具費用。 脈寬調(diào)制器 (PWM) 脈寬調(diào)制（ PWM）是一項功能強大的技術(shù)，它是一種對模擬信號電平進行數(shù)字化編碼的方法。 PWM 發(fā)生器模塊包含 1 個定時器， 2 個 PWM 比較器，PWM 信號發(fā)生器，死區(qū)發(fā)生器和中斷 選擇器。 PWM 模塊具有極大的靈活性。 所用設(shè)備與器材 （ 1） ARM 2110 芯片 （ 2） 44 矩陣鍵盤 （ 3） 單片機 /嵌入式實踐平臺的功放模塊（即蜂鳴器） （ 4） 1602 LCD 液晶顯示屏 （ 5） LED 燈模塊 上海師范 大學 天華學院電子工程系 ARM 綜合設(shè)計 5 3 硬件方案 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成與原理 本次設(shè)計的 簡易電子琴系統(tǒng) 主要使用到的硬件有 LM3S2110微控制器、獨立按鍵、 44 矩陣鍵盤、 LED 燈 模塊 、蜂鳴器、 LCD 液晶顯示屏、電源等。 LM3S2110 特性概述 LM3S2110 微控制器是針對工業(yè)應(yīng)用方案而設(shè)計的，包括遠程監(jiān)控、電子販售機、測試和測量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和交換機、工廠自動化、 HVAC和建筑控制、游戲設(shè)備、運動控制、醫(yī)療器械、以及火警安防。與此同時，它還提供出色的計算性能和優(yōu)越的系統(tǒng)中斷響應(yīng)能力。 GPIO 模塊具有以下的特性： （ 1） 可編程控制 GPIO 中斷：屏蔽 中斷發(fā)生；邊沿觸發(fā)（上升沿，下降沿，上升、下降沿）；（高或低）電平觸發(fā)。 本次設(shè)計使用的開發(fā)板上的微控制器 LM3S2110 上可使用的引腳有PA0～ PA6（ 7 個）、 PB0～ PB6（ 7 個）、 PC4～ PC7（ 4 個）、 PD0～ PD7（ 8個）、 PE0～ PE1（ 2 個）、 PF0～ PF2（ 3 個）、 PG0～ PG1（ 2 個）、 PH0～ PH1（ 2 個）。 矩陣鍵盤 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 所示。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中， 行 線通過電阻接正電源，并將 列 線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而 行 線所接的 I/O 口則作為輸入。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于 MCU 的 I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，如圖 所示， 其 中的三極管 Q1（ 8050）就是用來放大電流以驅(qū)動蜂鳴器的。 PWM 輸出口直接驅(qū)動是利用 PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 R 1 9P F 14 .7 KL E D 1R 2 0P F 24 .7 KL E D 2R 2 1P B 04 .7 KL E D 3R 2 9P B 24 .7 KL E D 5R 3 0P B 34 .7 KL E D 6R 2 2P B 14 .7 KL E D 43 .3 V