基于EVM_MSPM0L1306开发套件实现简易音乐键盘

内容介绍

1 项目需求

设计音乐键盘，让不同按键发出不同音调；
电位计用来控制声音大小；
流水灯用来显示声音档位；

2 完成的功能及达到的性能

2.1 音调

使用PWM驱动无源蜂鸣器发声，通过修改PWM频率，实现不同音调。

根据开发套件设计，在蜂鸣器驱动电路有PA16连接，PA16是单片机一路PWM输出，因此通过杜邦线连接。

2.2 音量

根据开发套件设计，通过ADC检测电位器分压，换算出固定8个挡位的音量大小，通过编程修改PWM占空比实现音量变化。

2.3 按键输入

根据开发套件设计，板载4x4矩阵键盘，通过GPIO不断扫描获取键值。

2.4 指示灯

根据开发套件设计，使用8个LED显示音量水平，根据前面采集ADC换算的音量挡位通过LED指示。GPIO控制。

3 实现思路

反复轮询按键获取键值；
反复触发ADC对模拟输入进行采样，采样结果由DMA搬运；
将采样得到的ADC量化值求10次均值，然后换算电压，并求出音量挡位；
每当键值不为0xFF，代表有按键按下，获取对应的音调的频率，结合音量挡位换算占空比，修改PWM参数并开始PWM输出，结合音量挡位打开对应的LED灯；
当键值恢复0xFF，停止输出PWM，熄灭LED灯。

4 实现过程

4.1 上电预生成音调表、初始化外设，然后播放音调序列来提示开机。

static void Peripheral_Set()
{
//	printf("Software version is V%.1f\r\n",SoftWare_Version);
	
	Buzzer.Note_generate();
	myADC.Init();
	
	Buzzer.OFF();
		Public.Delay_ms(200);
		Buzzer.ON(note_table[0], 1);
		Public.Delay_ms(200);
		Buzzer.ON(note_table[1], 2);
		Public.Delay_ms(200);
		Buzzer.ON(note_table[2], 3);
		Public.Delay_ms(200);
		Buzzer.ON(note_table[3], 4);
		Public.Delay_ms(200);
		Buzzer.ON(note_table[4], 5);
		Public.Delay_ms(800);
	Buzzer.OFF();
//  	printf("Initialization completed, system startup!\r\n\r\n");
}

4.2 执行主循环

按键扫描，反复更新KEY_PAD.Key_value键值参数。

ADC换算，ADC采样由DMA在后台反复更新，这里取10个数求均值作为结果，并换算电压值。

当按键键值不为0xFF，则表示有按键按下，开始执行计算音量，更新myADC.ucVolume参数，音量LED灯显示，更新PWM参数，驱动蜂鸣器响，

当按键键值恢复0xFF，则表示按键松开，熄灯静音。

static void Run()
{
    KEY_PAD.KEY_Detect();
	myADC.Get_ADC_Voltage();
    if (KEY_PAD.Key_value != 0xFF)
    {
		myADC.Disp_Volume();
		uint16_t frequency = note_table[KEY_PAD.Key_value];
		Buzzer.ON(frequency, myADC.ucVolume);
    }
	else
	{
		Buzzer.OFF();
		// 熄灭所有LED
		DL_GPIO_setPins(GPIO_LED_PORT, 
			GPIO_LED_PIN_0_PIN |
			GPIO_LED_PIN_1_PIN |
			GPIO_LED_PIN_2_PIN |
			GPIO_LED_PIN_3_PIN |
			GPIO_LED_PIN_4_PIN |
			GPIO_LED_PIN_5_PIN |
			GPIO_LED_PIN_6_PIN |
			GPIO_LED_PIN_7_PIN);   
	}
    
		Public.Delay_ms(50);
}

5 遇到的主要难题

5.1 按键扫描出现的问题

矩阵按键的行列扫描，采用行信号分别主动拉低电平，然后检测列信号是否有低电平，以此确认是否有按键按下。

先发现行信号第二行与其他行低电平波形不一致：

1、3、4行拉低信号：

2行拉低信号，存在缓起：

由于第二行信号出现缓起，导致扫描周期不能太短，否则第二行键盘键值完全错误！处理方案为行扫描信号间主动增加延时，实现正常识别按键。

static void KEY_Detect() 
{
    uint8_t i = (uint8_t)0;
    
    const int row_pins[] = {KEY_PAD_H1_PIN, KEY_PAD_H2_PIN, KEY_PAD_H3_PIN, KEY_PAD_H4_PIN};
    const int col_pins[] = {KEY_PAD_V1_PIN, KEY_PAD_V2_PIN, KEY_PAD_V3_PIN, KEY_PAD_V4_PIN};
    
    // 初始化行引脚为高电平
    for (uint8_t row = 0; row < 4; row++) {
        DL_GPIO_setPins(KEY_PAD_PORT, row_pins[row]);
    }

    for (uint8_t row = 0; row < 4; row++) {
        DL_GPIO_clearPins(KEY_PAD_PORT ,row_pins[row]);
        
         // 确保引脚状态已经改变	
	        for (volatile uint32_t delay = 0; delay < 1000; delay++);
		//***************************************
		//此处存疑，H2行(PA1)的行扫恢复信号波形存在缓起，原因暂时未知。主动增加延时后，可以正常使用。
		//***************************************

		for (uint8_t col = 0; col < 4; col++) {
            if (DL_GPIO_readPins(KEY_PAD_PORT, col_pins[col]) == 0) {
                KEY_PAD.Key_value = row * 4 + col;
                KEY_PAD.KEY_Flag = TRUE;
//                printf("Key pressed: %d \r\n", KEY_PAD.Key_value);
                // 恢复行引脚为高电平
                DL_GPIO_setPins(KEY_PAD_PORT, row_pins[row]);
                return;
            }
        }
        // 恢复行引脚为高电平
        DL_GPIO_setPins(KEY_PAD_PORT, row_pins[row]);
    }
    
    KEY_PAD.Key_value = 0xFF;	
	    KEY_PAD.KEY_Flag = FALSE;
//    printf("Key released. \r\n");
}

5.2 音量控制问题

之前想当然的处理音量，以占空比范围20%~80%范围进行，结果发现人耳听起来对音量没有明显的区别。后来修改占空比范围在很小的范围修改，以达成能够分辨的音量变化。

static void Buzzer_ON(uint16_t Freq, uint16_t Duty)
{
	uint16_t duty_adj_reg = 0;
	
		duty_adj_reg = Freq - (Freq*((Duty*2)+1)/100);	//((Duty*2)+1)/100是根据传入的音量等级换算的占空比，实际范围1%~15%

	Buzzer.Status = Buzzer_Status_ON;
	DL_TimerG_setLoadValue(PWM_BEEP_INST, Freq);
    DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_BEEP_INST, duty_adj_reg, DL_TIMER_CC_0_INDEX);

	DL_TimerG_startCounter(TIMG0);
}

5.3 Keil报错

音乐键盘差不多做完时，突然出现烧录报错，此时只有进入仿真器设置界面随便改一改参数，再烧录就可以了。反复如此不堪其扰。遂搜了一下，发现可能是RAM剩余不足，下载算法导入失败。经过排除法，可能是与延时有关。手动修改堆栈空间，开始是有效果的，但是到后面将延时改为滴答定时器之后，反而没有效果了，每次下载都会报错，暂未根本解决。