ARM综合编程--LED--ADC--UART--中断--PWM综合示例按键和旋钮控制音乐

news2024/10/12 3:16:49

第一步：定义全局变量

  • 包括歌曲和音符数组。
  • 定义控制LED灯和按键的GPIO地址（这里你需要提供准确的硬件位置信息）。
  • 定义用于ADC旋钮调节音量的变量。
// 全局变量定义
char song0[] = {2, 3, 4, 3, 2, 3, 2, 3, 2, 4, 2, 1, 4, 3, 2};  // 两只老虎
char song1[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};         // 生日快乐
char song2[] = {4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 6, 6, 5, 5};             // abcdefg
char song3[] = {7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};                            // 祝你平安

char yf[] = {0, 191, 172, 159, 144, 135, 120, 107};  // 音符对应的频率表

char song_index = 0;  // 当前播放的歌曲索引
char play_pos = 0;    // 当前音符位置

// LED 和按键的 GPIO 地址（根据你的实际硬件位置调整）
#define GPIO_LED1 *(volatile long*)0x11400000  // LED 1 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED2 *(volatile long*)0x11400004  // LED 2 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED3 *(volatile long*)0x11400008  // LED 3 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED4 *(volatile long*)0x1140000C  // LED 4 的 GPIO 地址

#define BUTTON_PIN *(volatile long*)0x11000020  // 按键的 GPIO 地址，用于切换歌曲

// ADC 的 GPIO 地址，用于旋钮控制音量
#define ADCCON   *(volatile long*)0x126C0000  // ADC 控制寄存器
#define ADCDAT   *(volatile long*)0x126C000C  // ADC 数据寄存器
#define ADCMUX   *(volatile long*)0x126C001C  // ADC 多路复用器

第二步：UART 串口初始化

  • 初始化 UART 用于调试输出。
  • 实现串口发送字符和字符串的功能。
// 串口初始化及调试输出相关定义
#define GPA1CON  *(volatile long*)0x11400020  // GPIO A1 控制寄存器
#define ULCON2   *(volatile long*)0x13820000  // UART2 控制寄存器
#define UCON2    *(volatile long*)0x13820004  // UART2 控制寄存器
#define UTRSTAT2 *(volatile long*)0x13820010  // UART2 状态寄存器
#define UTXH2    *(volatile long*)0x13820020  // UART2 发送寄存器
#define UBRDIV2  *(volatile long*)0x13820028  // UART2 波特率分频寄存器
#define UFRACVAL2 *(volatile long*)0x1382002C // UART2 波特率小数部分寄存器

// 串口初始化函数
void uart_init(void) {
    GPA1CON = GPA1CON & ~0xF;
    GPA1CON = GPA1CON | (1 << 1);    // UART TX
    GPA1CON = GPA1CON & ~(0xF << 4);
    GPA1CON = GPA1CON | (1 << 5);    // UART RX

    ULCON2 = 0x03;                   // 8 位数据，无校验，1 位停止位
    UCON2 = 0x05;                    // 轮询模式
    UBRDIV2 = 53;                    // 设置波特率为 115200
    UFRACVAL2 = 4;
}

// 串口发送单个字符
void putc(char ch) {
    while (!(UTRSTAT2 & (1 << 1)));  // 等待发送缓冲区空
    UTXH2 = ch;
}

// 串口发送字符串
void puts(char *s) {
    int i = 0;
    while (s[i]) {
        putc(s[i]);
        i++;
    }
}

第三步：ADC 初始化和音量读取

通过 ADC 获取旋钮的电压值，并将其用于调节音量大小。

// ADC 初始化函数
void adc_init(void) {
    ADCCON |= 1 << 16;  // 12 比特分辨率
    ADCCON |= 1 << 14;  // 使能分频
    ADCCON &= ~(0xFF << 6);
    ADCCON |= 19 << 6;  // 设置分频值
    ADCCON &= ~(1 << 2);  // 禁用空闲模式
    ADCCON |= 1 << 0;  // 启动 ADC
    ADCMUX = 3;  // 使用第 3 个 ADC 通道
}

// 获取 ADC 值并转换为毫伏值
int adc_get_mv(void) {
    int reg = ADCDAT & 0xFFF;
    return reg * 1800 / 4095;  // 将 ADC 数据转换为毫伏
}

第四步：PWM 定时器配置用于音符播放

// PWM 定时器初始化
#define TCFG0    *(volatile long*)0x139D0000  // 定时器配置寄存器 0
#define TCFG1    *(volatile long*)0x139D0004  // 定时器配置寄存器 1
#define TCNTB0   *(volatile long*)0x139D000C  // 定时器计数寄存器，用于设置周期
#define TCMPB0   *(volatile long*)0x139D0010  // 定时器比较寄存器，用于设置占空比
#define TCON     *(volatile long*)0x139D0008  // 定时器控制寄存器

void pwm_init(void) {
    // 配置预分频器
    TCFG0 = (TCFG0 & ~(0xFF)) | 99;      // 预分频器1，设置为99+1=100分频
    TCFG1 = (TCFG1 & ~(0xF)) | 0x2;      // 分频器2，设置为PWM模式的1/4分频
    
    // 设置PWM占空比为50%，即一半时间高电平，一半时间低电平
    TCMPB0 = TCNTB0 / 2;                 // 设置比较寄存器，产生50%的占空比
    
    // 设置定时器控制寄存器，启用自动重载并开始PWM输出
    TCON |= (1 << 1);                    // 手动更新 TCNTB0 和 TCMPB0 的值
    TCON &= ~(1 << 1);                   // 清除手动更新位
    TCON |= (1 << 0) | (1 << 3);         // 启用定时器0并启动PWM
}

// 播放音符函数，调整PWM频率以产生不同音符
void play_yinfu(char note) {
    if (note >= 1 && note <= 7) {
        TCNTB0 = yf[note];  // 根据音符调整PWM频率
        TCMPB0 = TCNTB0 / 2;  // 设置50%占空比
        TCON |= (1 << 1);      // 手动更新TCNTB0和TCMPB0的值
        TCON &= ~(1 << 1);     // 清除手动更新位
        TCON |= (1 << 0);      // 启动PWM输出
    }
}

第五步：按键切换歌曲及 LED 显示

不断轮询 ADC 的值用于调节音量，并根据当前的歌曲播放音符。

// 切换歌曲和控制灯光的中断处理函数
void do_irq() {
    song_index = (song_index + 1) % 4;  // 切换到下一首歌
    play_pos = 0;  // 从头开始播放

    // 切换灯光逻辑
    switch (song_index) {
        case 0:
            GPIO_LED1 = 1;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 1:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 1;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 2:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 1;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 3:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 1;
            break;
    }

    puts("Song changed!\r\n);
}
    // 定义按键中断
void handle_button_press() {
    if (BUTTON_PIN & 0x01) {  // 假设按键按下触发低电平
        do_irq();  // 处理按键按下，切换歌曲
    }
}

第六步： 主程序逻辑

主程序将持续运行，轮询按键的状态，控制 LED 和音符的播放，并根据 ADC 旋钮调节音量和播放速度。

// 主程序
int main(void) {
    int mv;
    int qian, bai, shi, ge;

    uart_init();  // 初始化串口
    adc_init();   // 初始化 ADC
    pwm_init();   // 初始化 PWM

    puts("System initialized!\r\n");

    while (1) {
        // 检查按键是否按下
        handle_button_press();  // 检查是否有按键按下，处理歌曲切换

        // 获取当前的音量值（通过 ADC 读取旋钮值）
        mv = adc_get_mv();  // 获取当前电压值

        // 将电压值转换为千位、百位、十位和个位
        qian = mv / 1000;
        bai = (mv / 100) % 10;
        shi = (mv / 10) % 10;
        ge = mv % 10;

        // 通过串口发送电压值，用于调试
        putc(qian + '0');
        putc(bai + '0');
        putc(shi + '0');
        putc(ge + '0');
        puts(" mV\r\n");

        // 根据当前歌曲索引和音符位置播放音符
        switch (song_index) {
            case 0:
                play_yinfu(song0[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song0)) {
                    play_pos = 0;  // 一首歌曲播放完毕，重头开始
                }
                break;
            case 1:
                play_yinfu(song1[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song1)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
            case 2:
                play_yinfu(song2[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song2)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
            case 3:
                play_yinfu(song3[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song3)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
        }

        // 使用 ADC 值（mv）调节播放速度，音量越大，播放速度越快
        mdelay(600 - mv / 3);  // 根据音量值调整播放速度
    }

    return 0;
}

第七步：关键函数：延时函数 mdelay

为了实现不同音符的播放速度，我们需要使用一个简单的延时函数。

// 简单的延时函数
void mdelay(int ms) {
    while (ms--) {
        int num = 0x1FFF;  // 延时循环
        while (num--);
    }
}

总结

歌曲数组和音符频率：定义了4首歌曲，并通过 yf[] 数组存储了不同音符对应的频率。play_yinfu() 函数使用 PWM 调节频率，实现音符播放。

按键切换歌曲：handle_button_press() 函数负责检测按键是否按下，并通过 do_irq() 切换当前播放的歌曲。同时对应的 LED 指示灯显示当前播放的歌曲。

ADC 调节音量：ADC 通过旋钮获取电压值，用于调节播放速度。较高的电压值（即较大的旋钮值）会加快播放速度。

串口调试信息输出：通过 UART 发送调试信息，输出当前的 ADC 值（音量信息）和系统状态。

主循环逻辑：主程序不断轮询按键状态和 ADC 值，控制 LED 和播放音符，并根据音量值调节播放速度。

完整代码

// 全局变量定义
char song0[] = {2, 3, 4, 3, 2, 3, 2, 3, 2, 4, 2, 1, 4, 3, 2};  // 两只老虎
char song1[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};         // 生日快乐
char song2[] = {4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 6, 6, 5, 5};             // abcdefg
char song3[] = {7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};                            // 祝你平安

char yf[] = {0, 191, 172, 159, 144, 135, 120, 107};  // 音符对应的频率表

char song_index = 0;  // 当前播放的歌曲索引
char play_pos = 0;    // 当前音符位置

// LED 和按键的 GPIO 地址（根据实际硬件调整）
#define GPIO_LED1 *(volatile long*)0x11400000  // LED 1 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED2 *(volatile long*)0x11400004  // LED 2 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED3 *(volatile long*)0x11400008  // LED 3 的 GPIO 地址
#define GPIO_LED4 *(volatile long*)0x1140000C  // LED 4 的 GPIO 地址

#define BUTTON_PIN *(volatile long*)0x11000020  // 按键的 GPIO 地址，用于切换歌曲

// ADC 的 GPIO 地址，用于旋钮控制音量
#define ADCCON   *(volatile long*)0x126C0000  // ADC 控制寄存器
#define ADCDAT   *(volatile long*)0x126C000C  // ADC 数据寄存器
#define ADCMUX   *(volatile long*)0x126C001C  // ADC 多路复用器

// 串口初始化及调试输出相关定义
#define GPA1CON  *(volatile long*)0x11400020  // GPIO A1 控制寄存器
#define ULCON2   *(volatile long*)0x13820000  // UART2 控制寄存器
#define UCON2    *(volatile long*)0x13820004  // UART2 控制寄存器
#define UTRSTAT2 *(volatile long*)0x13820010  // UART2 状态寄存器
#define UTXH2    *(volatile long*)0x13820020  // UART2 发送寄存器
#define UBRDIV2  *(volatile long*)0x13820028  // UART2 波特率分频寄存器
#define UFRACVAL2 *(volatile long*)0x1382002C // UART2 波特率小数部分寄存器

// PWM 定时器相关定义
#define TCFG0    *(volatile long*)0x139D0000  // 定时器配置寄存器 0
#define TCFG1    *(volatile long*)0x139D0004  // 定时器配置寄存器 1
#define TCNTB0   *(volatile long*)0x139D000C  // 定时器计数寄存器，用于设置周期
#define TCMPB0   *(volatile long*)0x139D0010  // 定时器比较寄存器，用于设置占空比
#define TCON     *(volatile long*)0x139D0008  // 定时器控制寄存器

// 串口初始化函数
void uart_init(void) {
    GPA1CON = GPA1CON & ~0xF;
    GPA1CON = GPA1CON | (1 << 1);    // UART TX
    GPA1CON = GPA1CON & ~(0xF << 4);
    GPA1CON = GPA1CON | (1 << 5);    // UART RX

    ULCON2 = 0x03;                   // 8 位数据，无校验，1 位停止位
    UCON2 = 0x05;                    // 轮询模式
    UBRDIV2 = 53;                    // 设置波特率为 115200
    UFRACVAL2 = 4;
}

// 串口发送单个字符
void putc(char ch) {
    while (!(UTRSTAT2 & (1 << 1)));  // 等待发送缓冲区空
    UTXH2 = ch;
}

// 串口发送字符串
void puts(char *s) {
    int i = 0;
    while (s[i]) {
        putc(s[i]);
        i++;
    }
}

// ADC 初始化函数
void adc_init(void) {
    ADCCON |= 1 << 16;  // 12 比特分辨率
    ADCCON |= 1 << 14;  // 使能分频
    ADCCON &= ~(0xFF << 6);
    ADCCON |= 19 << 6;  // 设置分频值
    ADCCON &= ~(1 << 2);  // 禁用空闲模式
    ADCCON |= 1 << 0;  // 启动 ADC
    ADCMUX = 3;  // 使用第 3 个 ADC 通道
}

// 获取 ADC 值并转换为毫伏值
int adc_get_mv(void) {
    int reg = ADCDAT & 0xFFF;
    return reg * 1800 / 4095;  // 将 ADC 数据转换为毫伏
}

// PWM 定时器初始化
void pwm_init(void) {
    // 配置预分频器
    TCFG0 = (TCFG0 & ~(0xFF)) | 99;      // 预分频器1，设置为99+1=100分频
    TCFG1 = (TCFG1 & ~(0xF)) | 0x2;      // 分频器2，设置为PWM模式的1/4分频
    
    // 设置PWM占空比为50%，即一半时间高电平，一半时间低电平
    TCMPB0 = TCNTB0 / 2;                 // 设置比较寄存器，产生50%的占空比
    
    // 设置定时器控制寄存器，启用自动重载并开始PWM输出
    TCON |= (1 << 1);                    // 手动更新 TCNTB0 和 TCMPB0 的值
    TCON &= ~(1 << 1);                   // 清除手动更新位
    TCON |= (1 << 0) | (1 << 3);         // 启用定时器0并启动PWM
}

// 播放音符函数，调整PWM频率以产生不同音符
void play_yinfu(char note) {
    if (note >= 1 && note <= 7) {
        TCNTB0 = yf[note];  // 根据音符调整PWM频率
        TCMPB0 = TCNTB0 / 2;  // 设置50%占空比
        TCON |= (1 << 1);      // 手动更新TCNTB0和TCMPB0的值
        TCON &= ~(1 << 1);     // 清除手动更新位
        TCON |= (1 << 0);      // 启动PWM输出
    }
}

// 切换歌曲和控制灯光的中断处理函数
void do_irq() {
    song_index = (song_index + 1) % 4;  // 切换到下一首歌
    play_pos = 0;  // 从头开始播放

    // 切换灯光逻辑
    switch (song_index) {
        case 0:
            GPIO_LED1 = 1;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 1:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 1;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 2:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 1;
            GPIO_LED4 = 0;
            break;
        case 3:
            GPIO_LED1 = 0;
            GPIO_LED2 = 0;
            GPIO_LED3 = 0;
            GPIO_LED4 = 1;
            break;
    }

    puts("Song changed!\r\n");  // 通过串口打印调试信息
}

// 定义按键中断
void handle_button_press() {
    if (BUTTON_PIN & 0x01) {  // 假设按键按下触发低电平
        do_irq();  // 处理按键按下，切换歌曲
    }
}

// 简单的延时函数
void mdelay(int ms) {
    while (ms--) {
        int num = 0x1FFF;  // 延时循环
        while (num--);
    }
}

// 主程序
int main(void) {
    int mv;
    int qian, bai, shi, ge;

    uart_init();  // 初始化串口
    adc_init();   // 初始化 ADC
    pwm_init();   // 初始化 PWM

    puts("System initialized!\r\n");

    while (1) {
        // 检查按键是否按下
        handle_button_press();  // 检查是否有按键按下，处理歌曲切换

        // 获取当前的音量值（通过 ADC 读取旋钮值）
        mv = adc_get_mv();  // 获取当前电压值

        // 将电压值转换为千位、百位、十位和个位
        qian = mv / 1000;
        bai = (mv / 100) % 10;
        shi = (mv / 10) % 10;
        ge = mv % 10;

        // 通过串口发送电压值，用于调试
        putc(qian + '0');
        putc(bai + '0');
        putc(shi + '0');
        putc(ge + '0');
        puts(" mV\r\n");

        // 根据当前歌曲索引和音符位置播放音符
        switch (song_index) {
            case 0:
                play_yinfu(song0[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song0)) {
                    play_pos = 0;  // 一首歌曲播放完毕，重头开始
                }
                break;
            case 1:
                play_yinfu(song1[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song1)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
            case 2:
                play_yinfu(song2[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song2)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
            case 3:
                play_yinfu(song3[play_pos]);
                play_pos++;
                if (play_pos >= sizeof(song3)) {
                    play_pos = 0;
                }
                break;
        }

        // 使用 ADC 值（mv）调节播放速度，音量越大，播放速度越快
        mdelay(600 - mv / 3);  // 根据音量值调整播放速度
    }

    return 0;
}

相关代码

  1. start.S 去前面章节找一个带有中断的汇编即可
  2. Makefile 和map.lds也在前面有
  3. Linux下执行make 烧录bin文件即可。

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