题目 7 ：玩具电子琴





基于单片机设计一能够发出中音八个音阶的音乐信号的电子琴，能够实现弹奏和音符显示功

能。

具有 8 个音阶按键，每按下一个按键时，所对应的 LED 点亮，音符进行显示。

具体要求如下：

（1）具有 8 个音阶按键，每按下一个按键时，扬声器发声，所对应的 LED 点亮。

（2）数码管显示当前的音符（用数字表示，简谱）。

（3）可通过单片机控制音量大小，并进行音量显示。

（4）音阶频率信号由单片机产生。

表 2 音阶/频率对照表

音阶  1  2  3  4  5  6  7  1

频率/Hz  262  294  330  349  392  440  494  523

可添加符合题目背景的其它合理功能。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02797.png)

## 玩具电子琴设计

这篇博客将介绍基于单片机设计的一款玩具电子琴，该电子琴能够发出中音八个音阶的音乐信号，并具有弹奏和音符显示的功能。项目基于AVR单片机实现，主要包括按键检测、音阶生成、音量控制和数码管显示等功能。

### 设计背景

在音乐教育和娱乐中，电子琴是一种常见的乐器。为了提高音乐学习的兴趣和趣味性，设计一款简易的玩具电子琴是一个非常有意义的项目。本设计通过按键触发音阶的生成，并利用数码管显示当前音符，同时可以通过单片机控制音量大小。

### 具体功能要求

1. **按键检测**：具有8个音阶按键，每按下一个按键时，扬声器发声，所对应的LED点亮。

2. **音符显示**：数码管显示当前的音符（用数字表示，简谱）。

3. **音量控制**：可通过单片机控制音量大小，并进行音量显示。

4. **音阶频率生成**：音阶频率信号由单片机产生。

### 硬件设计

硬件部分主要包括单片机、按键、LED、数码管和扬声器。下图展示了主要的硬件连接。

```
+-------------+        +---------+
|  AVR MCU    | <----> |  按键   |
+-------------+        +---------+
     |  |                |    |
     |  |                |    |
     v  v                v    v
+--------+           +---------+
|  LED   |           |  数码管  |
+--------+           +---------+
     |
     v
+---------+
| 扬声器  |
+---------+
```

### 软件设计

软件设计包括按键检测、延时函数、PWM信号生成、数码管驱动等模块。以下是主要的代码模块和功能介绍。

#### 延时函数

延时函数用于产生不同的时间间隔，用于按键消抖和音频信号的控制。

```c
void delay_us(void) {
    // 微秒级延时，具体实现略
}
void delay_nms(unsigned int nms) {
    while (nms--) {
        delay_us();
    }
}
```

#### 按键检测

按键检测函数用于读取按键状态，根据按键输入确定当前音符和音量控制。

```c
unsigned char getKey(void) {
    if ((PIND & 0x01) == 0) return 1;
    if ((PIND & 0x02) == 0) return 2;
    // 检测其他按键
    return 0;
}
```

#### 数码管驱动

数码管驱动函数用于控制数码管显示当前的音符。

```c
void Write_Max7219(unsigned char address, unsigned char dat) {
    // 具体实现略
}
void Init_MAX7219(void) {
    Write_Max7219(0x09, 0xff);
    Write_Max7219(0x0a, 0x03);
    Write_Max7219(0x0b, 0x07);
    Write_Max7219(0x0c, 0x01);
    Write_Max7219(0x0f, 0x00);
}
```

#### PWM信号生成

PWM信号用于控制扬声器的音频输出，实现不同频率的音符生成。

```c
void setPWM(unsigned int yinliang, unsigned int pinlv) {
    if (yinliang == 0 || pinlv == 0) {
        OCR1A = 0;
        ICR1 = 0;
        return;
    }
    ICR1 = 57600 / pinlv;
    OCR1A = yinliang * 10520 / pinlv;
}
```

### 主程序

主程序初始化各个模块，并在循环中检测按键输入，根据按键触发相应的功能。

```c
void main(void) {
    unsigned char key;
    delay_nms(100);
    DDRD = 0x00;  // 方向控制
    PORTD = 0xff;
    DDRA = 0xFF;  // portA引脚全部输出
    DDRF = 0xFF;  // 小灯全部输出
    PORTF = 0xFF; // 全部熄灭
    Init_MAX7219();  // 数码管芯片初始化
    Write_Max7219(1, 0);
    Write_Max7219(3, 2);  // 默认音量显示
    while (1) {
        key = getKey();  // 获取按键
        if (key != 0) {
            setPWM(2, 262);  // 设置PWM输出音频信号
            Write_Max7219(1, key);
            PORTF = ~(0x01 << (key - 1));  // 点亮对应的LED
            while (getKey() != 0) ;
            PORTF = 0xFF;  // 全部熄灭
            setPWM(0, 0);  // 关闭PWM
            Write_Max7219(1, 0);
        }
    }
}
```

### 总结

通过本次设计，我们实现了一款具有基本功能的玩具电子琴。该电子琴可以发出八个音阶的音乐信号，具备音符显示和音量控制功能。通过进一步优化和扩展，还可以增加更多的功能，如多音符和弦、预设曲目播放等。

这个项目不仅提高了我们对单片机编程的理解，也增加了我们对音乐信号处理的认识。希望这款电子琴能够带给大家更多的乐趣和启发。

资源：
```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

视频：
```
链接：https://pan.baidu.com/s/1QP7BdwvnJwhawF4UXoHPyg?pwd=3qvz 
提取码：3qvz 
```

【TB作品】20以内加减法训练机，ATMEGA128单片机，Proteus仿真

题目 3 ：20  以内加减法训练机





基于单片机实现 20 以内整数加减法训练，要求具有加法、减法（结果不出现负数）、加

减法三种训练模式，每次训练随机产生题目。

可以选择每次训练题目的数目，可分为每组 5 题、10 题、15 题目三档。可自动判断对

错并在完成每组题目后给出做正确的次数。要求具有较好的人机交互界面，用户体验好。

具体要求如下：

（1）具有加法、减法、减法混合三种训练模式。

（2）可以选择答题数量（分 5 题、10 题、15 题三档）

（3）在某种训练模式下，可随机产生题目，用户根据提示输入计算结果，机器自动判

断是否正确。

（4）答完一组题目后，可以显示答题正确的次数，当全部答对时，要有祝贺提示（如

屏幕闪烁，LED 闪烁等）

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02798.png)


## 20 以内加减法训练机

### 简介

在本文中，我们将介绍一款基于单片机实现的20以内加减法训练机。这款设备旨在帮助用户练习20以内的整数加减法，通过具有良好的人机交互界面和用户体验，使训练过程变得更加有趣和高效。

### 功能特性

该训练机具有以下功能特性：

1. **多种训练模式**：支持加法、减法和加减法混合三种训练模式。

2. **题目数量选择**：用户可以选择每次训练的题目数量，分为5题、10题和15题三档。

3. **自动判断对错**：机器可以自动判断用户的回答是否正确，并在完成每组题目后给出正确答案的数量。

4. **答对提示**：当用户答对全部题目时，屏幕和LED会闪烁表示祝贺。

### 硬件设计

#### 硬件组成

1. **单片机**：使用M16单片机作为主控芯片，8MHz晶振。

2. **显示屏**：1602 LCD显示屏用于显示题目和结果。

3. **矩阵键盘**：用于用户输入答案。

#### 电路连接

1. 将1602 LCD显示屏的各个引脚与单片机的相应IO口连接，初始化显示屏的IO口。

2. 矩阵键盘的引脚与单片机的IO口连接，用于检测用户输入的按键。

### 软件设计

#### 延时函数

为了确保系统的稳定性，我们定义了一些延时函数，用于在不同操作之间引入适当的延时：

```c
void delay_1us(void) {
    asm ("nop");
    asm ("nop");
    asm ("nop");
    asm ("nop");
    asm ("nop");
    asm ("nop");
}
void delay_3us(void) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        delay_1us();
    }
}
void delay_10us(void) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        delay_1us();
    }
}
void delay_100us(void) {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        delay_1us();
    }
}
void delay_1ms(void) {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        delay_1us();
    }
}
void delay_nms(unsigned int nms) {
    while (nms--) {
        delay_1ms();
    }
}
```

#### 显示屏控制

显示屏的初始化和数据写入函数：

```c
void initLcd1602IO() {
    DDRC = 0xFF;
    PORTA = 0xFF;
    DDRA = 0xFF;
}
void LCD_write_com(unsigned char com) {
    RS_CLR;
    RW_CLR;
    EN_SET;
    LCDIO = com;
    delay_nms(1);
    EN_CLR;
}
void LCD_write_data(unsigned char data) {
    RS_SET;
    RW_CLR;
    EN_SET;
    LCDIO = data;
    delay_nms(1);
    EN_CLR;
}
void LCD_clear(void) {
    LCD_write_com(0x01);
    delay_nms(5);
}
void LCD_write_str(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *s) {
    if (y == 0) {
        LCD_write_com(0x80 + x);
    } else {
        LCD_write_com(0xC0 + x);
    }
    while (*s) {
        LCD_write_data(*s);
        s++;
    }
}
void LCD_init(void) {
    initLcd1602IO();
    DDRC |= (1 << PC5) | (1 << PC6) | (1 << PC7);
    LCD_write_com(0x38);
    delay_nms(5);
    LCD_write_com(0x08);
    delay_nms(5);
    LCD_write_com(0x01);
    delay_nms(5);
    LCD_write_com(0x06);
    delay_nms(5);
    LCD_write_com(0x0C);
    delay_nms(5);
    LCD_clear();
}
```

#### 矩阵键盘控制

矩阵键盘的按键检测函数：

```c
unsigned char getkey(void) {
    unsigned char statevalue, key_checkin, key_check;
    unsigned char key;
    key_io = 0xf0;
    key_io = 0xf0;
    key_checkin = key_ior;
    if (key_checkin != 0xf0) {
        delay_nms(10);
        key_checkin = key_ior;
        if (key_checkin != 0xf0) {
            key_io = 0xfe;
            key_io = 0xfe;
            key_check = key_ior;
            switch (key_check) {
                case 0xee: key = 16; break;
                case 0xde: key = 12; break;
                case 0xbe: key = 8; break;
                case 0x7e: key = 4; break;
            }
            key_io = 0xfd;
            key_io = 0xfd;
            key_check = key_ior;
            switch (key_check) {
                case 0xed: key = 15; break;
                case 0xdd: key = 11; break;
                case 0xbd: key = 7; break;
                case 0x7d: key = 3; break;
            }
            key_io = 0xfb;
            key_io = 0xfb;
            key_check = key_ior;
            switch (key_check) {
                case 0xeb: key = 14; break;
                case 0xdb: key = 10; break;
                case 0xbb: key = 6; break;
                case 0x7b: key = 2; break;
            }
            key_io = 0xf7;
            key_io = 0xf7;
            key_check = key_ior;
            switch (key_check) {
                case 0xe7: key = 13; break;
                case 0xd7: key = 9; break;
                case 0xb7: key = 5; break;
                case 0x77: key = 1; break;
            }
        }
    } else {
        key = 20;
    }
    return key;
}
```

### 程序流程

1. **初始化显示屏和键盘**：

    - 调用`LCD_init`函数初始化显示屏。

    - 配置矩阵键盘的IO口。

2. **模式选择**：

    - 用户通过矩阵键盘选择训练模式（加法、减法或混合模式）。

3. **题目数量选择**：

    - 用户选择每次训练的题目数量（5题、10题或15题）。

4. **题目生成和回答**：

    - 根据选择的模式，生成随机题目。

    - 用户通过键盘输入答案，系统自动判断答案是否正确。

5. **结果反馈**：

    - 完成一组题目后，显示正确答案的数量。

    - 如果全部答对，显示祝贺提示。

### 结论

这款基于单片机的20以内加减法训练机，通过简单易用的硬件设计和高效的软件流程，提供了一个优秀的练习平台。不仅适用于儿童的数学训练，也可以作为单片机应用的学习案例。希望这篇博客能够帮助大家了解并实现这个有趣的项目。

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】20以内加减法训练机，ATMEGA16单片机，Proteus仿真

# 题目设计





设计一个基于MSP430的电子日历和时钟。基本要求

(1)可通过按键在日历和时间之间切换显示

(2)可由按键调整日期和时间

(3)可整点报时(“嘟、嘟”声)

(4)可设定时，定时时间到发出“嘟、嘟”声

(5)具有秒表功能

设计以MSP430为核心的控制电路，并编写相关的系统软件。


# 产生hex文件+仿真过程学习

建立工程后如下，为了产生hex文件，用于proteus仿真，要设置一下。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02799.png)

右键工程名称，点最后一个：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02800.png)

找到这里：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02801.png)

加个` --intel`，空格要有。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02802.png)

随即确认后点应用起来：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02803.png)

点这里编译：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02804.png)

会看到这个hex文件。单片机的c程序编译后就成了这个hex文件。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02805.png)

在proteus里双击单片机：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02806.png)

点这个就可以打开hex文件，就相当于加载到Proteus的仿真单片机里：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02807.png)

找到这个hex文件确认就好：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02808.png)

点这个按钮，即进行开始仿真，可以看到仿真效果。如果鼠标拖拽不好用，可以按一下Shift。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02809.png)

点这个即停止仿真：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02810.png)

# 做好后的功能展示

时间显示：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02811.png)

设置时：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02812.png)

设置闹钟时：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02813.png)

设置年：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02814.png)

切换到日期显示

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02815.png)

秒表显示：

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02816.png)


### 设计目标

设计一个基于MSP430微控制器的电子日历和时钟系统。系统具备以下功能：

1. 按键切换日历和时间显示。

2. 按键调整日期和时间。

3. 整点报时功能（发出“嘟、嘟”声）。

4. 可设定闹钟，时间到时发出“嘟、嘟”声。

5. 秒表功能。

### 系统硬件设计

使用MSP430G2553微控制器作为核心控制单元，配合LCD显示屏进行时间和日期的显示。使用按键输入进行时间和日期的设置及模式的切换。蜂鸣器用于报时提示。

#### 硬件连接

1. **LCD显示屏**：用于显示时间和日期。

2. **按键**：用于设置和切换模式。

3. **蜂鸣器**：用于报时和闹钟提示。

4. **MSP430G2553**：核心控制单元。

### 系统软件设计

系统软件主要包括以下功能模块：

1. **时间和日期更新模块**。

2. **按键处理模块**。

3. **显示模块**。

4. **闹钟和报时模块**。

5. **秒表模块**。

#### 主要函数解析

1. **`isLeapYear`**: 判断是否为闰年。

2. **`daysInMonth`**: 获取某个月份的天数。

3. **`updateDateTime`**: 更新日期时间。

4. **`read_key`**: 读取按键值。

5. **`read_key_2`**: 防抖动处理后的按键读取。

6. **`Display_six_numbers`**: 显示六位数的时间或日期。

7. **`Display_Prompt`**: 显示提示信息。

8. **`Limiting_threshold`**: 限制输入的时间和日期值在合理范围内。

9. **`Refresh_display`**: 刷新显示内容。

10. **`key_deal`**: 按键处理逻辑。

11. **`Play_two_beeps`**: 发出两声“嘟”声。


# 完整的功能可以看看这个视频
```
链接：https://pan.baidu.com/s/1TRznZwpKm1UuVhxWCaIaeA?pwd=ahdg 
提取码：ahdg 
```

```
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】基于MSP430的电子日历和时钟，万年历Proteus仿真

# 题目





遥控器

硬件：msp430g2553、oled显示器、ds18b20温度传感器、红外发射器、按键

软件功能：

（1）显示室内温度

（2）显示当前模式：常态、除湿、通风

（3）显示当前风速：慢速、中速、高速

（4）按键修改当前模式

（5）按键修改当前风速

（6）显示设置的温度

（7）按键修改设置温度

# 红外NEC协议介绍

红外NEC协议（NEC IR Protocol）是一种广泛应用于消费电子产品中的红外遥控通信协议，由日本NEC公司开发。该协议被用于电视机、空调、音响设备等的遥控控制。下面详细介绍NEC协议的各个方面：

### 基本概述

NEC协议采用PWM（脉宽调制）方式传输数据，使用38kHz的载波频率。通信数据通过调制后的红外信号进行传输，接收端解调后得到原始数据。

### 数据帧结构

NEC协议的数据帧结构包括引导码、用户码、命令码和停止位。每帧数据通常有32位，具体结构如下：

1. **引导码（Leader Code）**：

   - 高电平：9ms

   - 低电平：4.5ms

2. **用户码（User Code）**：

   - 16位，由8位地址码和8位地址码的反码组成

3. **命令码（Command Code）**：

   - 16位，由8位命令码和8位命令码的反码组成

4. **停止位（Stop Bit）**：

   - 低电平：560µs（或更长）

### 位表示

NEC协议中，通过高低电平的持续时间来表示数据位的0和1：

- **逻辑0（Logical '0'）**：

  - 高电平：560µs

  - 低电平：560µs

- **逻辑1（Logical '1'）**：

  - 高电平：560µs

  - 低电平：1.69ms

### 数据传输示例

假设我们要传输一个数据帧，内容为：

- 地址码：0x10（00010000）

- 命令码：0xA2（10100010）

整个数据帧的序列为：

```
引导码 -> 地址码 -> 地址码反码 -> 命令码 -> 命令码反码 -> 停止位
```

具体的波形图如下：

```
引导码： 9ms高电平 -> 4.5ms低电平
地址码0x10： 00010000 -> (560µs高电平 -> 560µs低电平) * 5 -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) * 3
地址码反码0xEF： 11101111 -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) * 5 -> (560µs高电平 -> 560µs低电平) * 3
命令码0xA2： 10100010 -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) * 2 -> (560µs高电平 -> 560µs低电平) * 4 -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) * 2
命令码反码0x5D： 01011101 -> (560µs高电平 -> 560µs低电平) * 3 -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) * 2 -> (560µs高电平 -> 560µs低电平) -> (560µs高电平 -> 1.69ms低电平) -> (560µs高电平 -> 560µs低电平)
停止位： 560µs低电平
```

### 重复码（Repeat Code）

当按住遥控器按钮不放时，会发送重复码来表示保持当前命令：

- 高电平：9ms

- 低电平：2.25ms

- 高电平：560µs

### 实现细节

#### 发送端

发送端通常通过微控制器生成上述波形并通过红外发射二极管发出信号。常见步骤如下：

1. 初始化定时器生成38kHz载波。

2. 根据需要生成高低电平的持续时间。

3. 控制红外二极管发射高电平和低电平信号。

#### 接收端

接收端通过红外接收器（例如TSOP1738）接收并解调信号，提取出原始数据。常见步骤如下：

1. 接收调制信号并去除38kHz载波。

2. 检测高低电平的持续时间。

3. 解码为数据位。

### 典型应用

NEC协议广泛应用于各种家用电器的遥控系统。常见设备包括：

- 电视机

- 音响系统

- DVD播放器

- 空调

### 结论

NEC协议因其简单易用且可靠性高而被广泛应用于消费电子产品的红外遥控系统。了解其工作原理和数据帧结构，有助于开发和调试相关的遥控应用。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02839.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02840.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02841.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02842.png)

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02843.png)

# 最终效果

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02844.jpeg)

演示：
```cpp
链接：https://pan.baidu.com/s/1DhZiAKZoyJv9lg62aRBlkw?pwd=o1cx 
提取码：o1cx 
```

# 代码

```cpp
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

【TB作品】MSP430，G2533单片机，红外发射，红外接收，红外通信，IR发射

空调机





硬件：stm32、oled显示器、ds18b20温度传感器、风扇驱动和风扇、红外接收器、遥控器

软件功能：

（1）显示室内温度

（2）显示当前模式：常态、除湿、通风

（3）显示当前风速：慢速、中速、高速

（4）显示设置的温度

（5）按键修改当前模式

（6）按键修改当前风速（PWM风扇）

（7）按键修改设置温度

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02845.png)

视频看效果：

```cpp
下载:https://www.lanzouh.com/iDxc922mnekj 密码:b64i
```

技术点：

（1）DS18B20读取

（2）oled 0.96寸oled显示

（3）红外接收

（4）PWM控制风扇


接线：

（1）风扇

vcc 3.3v

gnd gnd

s    接到PB GPIO_Pin_10

（2）OLED

vcc 接到3.3v

gnd 接到 gnd

#define OLED_SCL PBout(7)

#define OLED_SDA PBout(8)

（3） ds18b20

vcc 接到3.3v

gnd 接到 gnd

#define DS18B20_DQ_OUT PBout(6) //数据端口

（4）红外接收头

vcc 接到3.3v

gnd 接到 gnd

#define RDATA    PBin(1)        //红外数据输入脚

红外灯可以直接这么接，我买的是模块。

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02846.png)

代码：

```cpp
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2
```

![在这里插入图片描述](/static/img/images/02847.jpeg)

【TB作品】stm32单片机，红外遥控器，温控风扇，模拟空调，PWM风扇

我是一个专注技术分享的博主,尤其爱搞深度学习和单片机电子。你现在看到的是我的个人博客网站。