Технические характеристики микропроцессора Aduc 812. Основные блоки электрической структурной схемы: микроконтроллер, клавиатура, индикатор, интерфейс последовательного midi-порта. Выбор элементной базы, описание алгоритма работы устройства и программы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

Техническое задание

1. Выбор микроконтроллера

2. Принцип действия устройства

2.1 Описание структурной схемы

2.2 Описание принципиальной схемы

2.3 Выбор элементной базы

3. Разработка программного обеспечения МПС

3.1 Описание алгоритма работы устройства

3.1.1 Описание основных частей программы

3.1.2 Описание алгоритма основной программы

3.2 Листинг программы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

MIDI - цифровой интерфейс музыкальных инструментов - был разработан в 1982 году по инициативе нескольких ведущих производителей музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, E-mu, Korg и др. Необходимость такого интерфейса была вызвана прежде всего тем, что выпускалось все больше автоматических устройств - ритм-машин и секвенсоров; первые по заданной программе выдавали ритмическое сопровождение с нужным рисунком, вторые использовались для запоминания сыгранных партий с целью последующего автоматического воспроизведения. Кроме этого, большой интерес представляло создание "электронного оркестра", когда один исполнитель мог бы заставить одновременно звучать несколько инструментов, используя только одну или две клавиатуры. Поскольку универсального способа соединения разнородных устройств тогда не было, каждый производитель сам разрабатывал способ соединения (интерфейс) и обеспечивал совместимость только внутри определенной серии своих инструментов. Необходим был единый интерфейс, который позволил бы соединять друг с другом инструменты различных производителей и моделей, с единым способом управления процессом извлечением звука и его параметрами. В результате был создан и принят в качестве общемирового стандарта интерфейс MIDI, устанавливающий как способ соединения инструментов - разъемы, кабели, электрические сигналы (аппаратная часть) так и способ их общения между собой (информационная часть).

Основная идея MIDI состоит в том, что это - событийно-ориентированный интерфейс, по которому передаются сообщения , информирующие о наступлении различных событий в реальном времени. Когда исполнитель ударяет по клавише или, наоборот, отпускает ее, усиливает или ослабляет давление на нажатую клавишу, переключает тумблеры или поворачивает регулятор на панели управления, давит на педаль - инструмент преобразует каждое из этих действий в соответствующее сообщение, которое в закодированном виде отправляется по интерфейсу. Сообщения генерируются и отправляются достаточно быстро, поэтому они весьма точно описывают не только сами действия исполнителя, но и его индивидуальную манеру игры. Другие инструменты, подключенные к этому же интерфейсу, могут воспринимать эти сообщения и отрабатывать их так же, как будто исполнитель воздействует на их собственные органы управления - именно так и реализуется упомянутый "электронный оркестр". По MIDI можно соединить практически любое количество инструментов, и все они могут обмениваться сообщениями друг с другом.

Благодаря MIDI создалась возможность не только объединения нескольких "полных" - то есть содержащих и клавиатуру, и блок синтеза звука - инструментов, но и разделения их на функционально независимые части - устройства ввода (контроллеры), обработки (процессоры) и синтеза звука (тонгенераторы). В настоящее время роль процессора и тонгенератора всё чаще берёт на себя персональный компьютер. MIDI-контроллеры существуют в виде клавиатур, педалей, дыхательных датчиков, и даже гитар, скрипок или флейт, причем последние три вида - не какие-нибудь электронно-кнопочные, а самые обычные инструменты, игра на которых при помощи датчиков и анализаторов преобразуется в поток MIDI-сообщений, по которому специальные синтезаторы могут весьма натурально воспроизвести исполнительские нюансы.

Разрабатываемое в рамках данной курсовой работы устройство относится к простейшим MIDI-контроллерам клавиатурного типа.



Техническое задание

В качестве задачи на разработку мне был предложен контроллер для MIDI-клавиатуры. По требованию преподавателя он должен выполнять следующие функции:

· считывать номер нажатой клавиши;

· снимать напряжение с регулируемого резистора, формирующего искусственную силу нажатия на клавишу;

· позволять задавать сдвиг октавы для расширения диапазона вводимых нот;

· отображать на индикаторе величину сдвига октавы;

· посылать по последовательному MIDI порту номер октавы, номер ноты и силу нажатия в соответствии со стандартом MIDI.

В рамках данного курсового проекта оптимальным является применение клавиатуры матричного типа, ориентированной на стандартный набор клавиш. Необходимо реализовать музыкальную клавиатуру диапазоном, как минимум, в три октавы.

1. Выбор микроконтроллера

Для использования в данном устройстве мной был выбран микропроцессор Aduc 812. Так как Он обладает высокими техническими характеристиками, имеет встроенный АЦП и ЦАП, что позволяет существенно упростить схему. Другой весьма важный довод, что данный контроллер мне наиболее хорошо знаком по курсу лабораторных работ и допускает написание программ на языке высокого уровня PLM. Вкратце приведу его технические характеристики:

АНАЛОГОВЫЙ ВВОД/ВЫВОД

8-канальный прецизионный 12-разрядный АЦП

Встроенный 20ppm/°C ИОН

Высокая скорость выборок 200 кSPS

Контроллер канала ПДП к внешней памяти данных

Два 12-разрядных ЦАП с вольтовым выходом

Внутренний температурный сенсор

ПАМЯТЬ

8 Кбайт FLASH памяти программ

640 байт FLASH памяти данных

Внутренний генератор подкачки заряда

256 байт внутренней памяти данных

16 Мбайт пространства внешней памяти данных

64 Кбайт пространства внешней памяти программ

8051 - СОВМЕСТИМОЕ ЯДРО

12МГц номинальная частота [16МГц - макс.]

Три 16-разрядных счетчика/таймера

32 программируемые линии ввода/вывода

Порт с высоким током - Порт3

9 источников прерываний, 2 уровня приоритета

ПИТАНИЕ

Специфицирован для работы от 3В до 5В

Режимы: нормальный, холостой и дежурный

Последовательный порт UART

2-Проводной (I°C) и/или SPI порт

Сторожевой таймер (WDT)

Монитор источника питания

Описание имеющихся портов.

Цоколевка отдельных выводов имеет вид:

DVDD Положительное номинальное цифровое питание +3В или +5В.

XTAL2 Инвертирующий выход генераторного усилителя.

XTAL1 Вход усилителя и вход доступа к внутренним цепям генератора.

DGND Цифровая земля. Общая точка цифровых цепей.

Р0 двунаправленный Порт 0 с открытым истоком. Контакты порта с записанными в них "1" являются плавающими и могут быть высокоимпедансными входами. При обращении к внешней памяти программ или данных порт 0 мультиплексирован магистралями младшего байта адреса и данных. При такой операции порт подтянут внутренним образом при наличии в нем "1".

Р1 по умолчанию настраивается на ввод аналоговых сигналов, для конфигурирования контактов на цифровой ввод следует записать 0 соответствующий бит порта. Порт1 - многофункционален.

Р2 двунаправленный порт с внутренними, подтягивающими к питанию резисторами. Контакты Порта 2, с записанными в них единицами подтянуты вверх и могут использоваться как входы. При таком использовании следует иметь в виду, что они дают ток во внешнюю цепь. При выборке памяти программ Порт 2 содержит старший байт адреса, при обращении к памяти данных порт выдает средний и старший байты 24-разрядного адресного пространства.

Р3 Двунаправленный Порт 3 с внутренними, подтягивающими к питанию резисторами.

Контакты Порта 3, с записанными в них "1" подтянуты вверх и могут использоваться как входы. При таком использовании, следует иметь в виду, что они дают ток во внешнюю цепь. Контакты Порта 3 - мультиплексны.

DAC0 Выходное напряжение с ЦАП 0.

Цифро-аналоговый преобразователь.

ADuC812 на кристалле содержит два 12-разрядных Ц/А преобразователя. Один SFR управления и четыре SFR данных осуществляют управление работой ЦАП:

DAC0L/DAC1L - содержат 8 младших разрядов данных ЦАП

DAC0H/DAC1H - содержат 4 старших разрядов данных ЦАП

DACCON - содержат биты управления ЦАП общего назначения

При нормальной работе каждый ЦАП модифицируется только тогда, когда записывается младшая часть разряда SFR (DACxL). Можно модифицировать оба ЦАП одновременно, используя бит SYNC в регистре SFR DACCON. При 8-разрядной работе байт, записанный в...