Разработка программы воспроизведения мелодии

 

Микропроцессорные системы

Пояснительная записка к курсовому проекту  по теме:

«Разработка программы воспроизведения мелодии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

введение 3

Техническое задание 5

Введение 6

1 Основание для разработки 6

2 Назначение разработки 6

3 Требования к разработке 6

3.1 Требования к функциональным характеристикам 6

3.2 Нижний уровень 7

3.3 Верхний уровень 9

3.4 Требования к надежности 10

3.5 Требования к информационной и программной совместимости 11

3.6 Требования к условиям эксплуатации 13

3.7 Требования к составу и параметрам технических средств 13

4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 14

5 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 15

6 Технико-экономические показатели 16

7 Этапы и стадии проектирования 16

8 Описание стенда SDK 1.1. 17

9 Принцип формирования звука 20

10 Описание программы 21

10.1 Режим начальной инициализации 21

10.2 Основной режим работы 23

Приложение 1 28

Приложение 2 29

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Данная разработка является электронной моделью «Музыкальной шкатулки».

Первые музыкальные шкатулки появились в Женеве (Швейцария) в 1796 году. Этот уникальный для того времени  механизм был изобретен часовым  мастером Антуаном Фавром, который  положил начало двухвековой истории  этих удивительных инструментов.

На сегодняшний день, в эру компьютерных технологий, появилась возможность создавать разработки, имитирующие работу музыкальной шкатулки. В этом есть свои недостатки, потому что нет возможности рассмотреть внешнюю красоту шкатулки, а также почувствовать всю полноту звучания воспроизводимых мелодий. Но имеется и достоинство, в том что возможно самому создавать любые мелодии для воспроизведения.

Механизмы, воспроизводящие музыку по программе, появились до механизмов - калькуляторов, поэтому я рискнул бы назвать музыкантов самыми первыми программистами. Впрочем, и в письменном наследии древних культур, пожалуй, нотные записи как описание временного процесса, ближе всего к текстам программ. И в той и в другой форме есть блоки, условия, циклы и метки, только далеко не все программисты и музыканты знают об этих параллелях. Но если помнить о них, уже нельзя удивляться тому, что, создавая самые первые ЭВМ, инженеры заставляли их воспроизводить мелодии. Музыканты не могли относить машинную музыку к настоящей, возможно, потому, что в ней не было ничего, кроме “мертвых” звуков. Да и сам машинный звук, являвшийся на первых шагах простым меандром, был крайне далек от звучания акустических инструментов. Видимо, поэтому следующим этапом развития музыкальных компьютерных технологий стали исследования и разработки методов синтеза звука.

Инженеры  обратились к анализу спектров акустических инструментов и к алгоритмам синтеза  электронных тембров. Вначале расчет звуковых колебаний выполнялся центральным  процессором, но, как правило, не в  реальном времени. Поэтому на первых ЭВМ создание музыкального произведения было очень утомительным процессом. Надо было закодировать ноты и назначить тембры, затем запустить программу для расчета звуковой волны и подождать несколько часов, чтобы послушать результат.

Необходимость в разработке данного устройства возникла, т.к. в настоящее время очень востребовано воспроизведение музыки не через музыкальные инструменты, а через электронные устройства. Работа над программой позволяет закрепить знания по учебной дисциплине Микропроцессорные системы.

Целью данной разработки является создание программы,  которая будет являться электронной  моделью музыкальной шкатулки, воспроизводящей MIDI мелодии, т.к. учебный стенд имеет плоский синтезатор. А также освоение архитектуры и методов проектирования на базе микроконтроллера ADuC812 с ядром MCS–51.

Для разработки музыкальных продуктов программист должен быть музыкантом, акустиком и радистом одновременно или нужна группа, объединяющая таких специалистов и, что очень важно, говорящих на одном языке.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ТОМСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра ВТ

 

                                                                                                    УТВЕРЖДАЮ 

Руководитель курсового 

проекта, преподаватель

________________А.Г.Столяров

                                                                                                                       «___»_______2009г                                                                                                            

Техническое задание

на  курсовой проект по дисциплине МПС

на  тему «Разработка программы воспроизведения мелодии»

 

 

 

      

Выполнил                                           

студент группы 8В51            ___________    Д. С. Чебуренко

                                               (дата)

Руководитель            ___________     А. Г. Столяров

       (дата)

 

 

 

Томск – 2009

Введение

Система предназначена для воспроизведения мелодий на учебном стенде SDK1.1., основу которого составляет контроллер ADuC812. Важность данной диктуется тем, что в настоящее время очень востребовано воспроизведение музыки не через музыкальные инструменты, а через электронные устройства.

1. Основание для разработки

Необходимостью для разработки послужило задание по курсовому проекту по предмету «Микропроцессорные системы» на тему: «Программа для воспроизведения мелодий».

 

2. Назначение  разработки

Разрабатываемое устройство предназначено для управления процессом воспроизведения мелодий и является своеобразной электронной моделью «Музыкальной шкатулки».

3. Требования  к разработке

1. Требования  к функциональным характеристикам

Требования  к разрабатываемой программе:

1. Принимать данные по последовательному порту и размещать их в ОЗУ микроконтроллера (см. 3.5 Требования к информационной и программной совместимости);
2. Выдавать сигналы на ЖКИ о готовности принимать данные по последовательному порту;
3. Выдавать сигналы на ЖКИ об окончании передачи данных;
4. Сигнализировать о готовности к воспроизведению загруженной мелодии;
5. Отображать на ЖКИ и на светодиодах состояние воспроизведения музыки, которую вырабатывает  пьезоэлектрический элемент;
6. По достижению конца проигрываемой мелодии, отображать на ЖКИ и светодиодах состояние окончания воспроизведения мелодии.

Подробное описание работы системы  приведено далее.

2. Нижний  уровень

   Разрабатываемое устройство должно работать в двух режимах:

1. Режим начальной инициализации системы;
2. Основной режим работы.

Устройство начинает работать при включении питания или нажатии на кнопку сброс. При этом начинает работу режим начальной инициализации системы, который включает: настройку работы таймеров-счетчиков,  занесение начальных значений в регистры, настройку порта, инициализация дисплея микроконтроллера. В это время на дисплее отображается надпись «WAIT» (см. рис.1).

Рис.1 Внешний вид дисплея при  ожидании данных

 После этого запускается режим  проверки работоспособности системы. В процессе которого производится: проверка исправности клавиатуры и ОЗУ. В ОЗУ записываются данные, а затем считываются. Если чтение исправно, то на дисплее отображается «READ» и должны загореться светодиоды 10101010 (см. рис.2), а если не исправно – загорается верхний и нижний светодиоды, т.е. выдается оповещение об ошибке (см. рис.3).

 

 

Рис.2 Режим «READ»

Предусмотреть устранение дребезга контактов при работе с клавиатурой. Устройство не будет принимать данные, если обнаружены ошибки при инициализации. Если при проверке ОЗУ и клавиатуры не выявились ошибки, то устройство переходит в основной режим работы.

В основном режиме работы устройство ожидает прием данных с COM порта. После того, как данные пришли, они  размещается в ОЗУ микроконтроллера. Их можно использовать, если на дисплее отображается «READ» (см. рис.2), что говорит о правильности прихода данных. Помимо этого, при приеме данных должно происходить сравнение контрольных сумм, если произошла ошибка, то на светодиоды выводится код 10000001 (рис. 3).

Рис.3 Внешний вид светодиодов при ошибке принятия данных

Программа должна переходить в режим «PLAY» (воспроизведение), при нажатии на клавишу «1» клавиатуры. При этом на дисплее отображается надпись «PLAY» и загораются соответствующие светодиоды (см. рис.4).

Рис.4 Режим «PLAY»

После завершения воспроизведения мелодии, на экране ЖКИ отображается надпись «STOP» и загораются соответствующие светодиоды (см. рис.5).

Рис.5 Режим «STOP»

Если есть необходимость прослушать мелодию еще раз, тогда необходимо нажать на клавишу «1». Программа переходит в режим «PLAY».

3. Верхний уровень

Интерфейс программы выглядит следующим образом:

 

Рис.6  Окно программы верхнего уровня

 

Создание подключения СOM порта осуществляется по нажатию кнопки  “Connect". Соответственно удаление подключения по нажатию кнопки “Disconnect”.

Загрузка  данных может осуществляться двумя  способами:

• Загрузка данных из файла;
• Ввод данных вручную.

Должна быть предусмотрена возможность сохранения изменений открытого файла. Для этого необходимо войти в меню File->Open (для открытия) и File->Save (для сохранения). Для выхода должна использоваться команда File->Exit. Передача данных на микроконтроллер должна осуществляться по нажатию кнопки  «Send». В главном окне программы должен быть предусмотрен просмотр данных, возможность их редактирования или осуществление очистки поля по нажатию кнопки «Clear».

Верхний уровень должен выполнять следующие задачи:

• создавать подключение к коммутируемому порту;
• обрабатывать данные в соответствии с функциональными требованиями;
• передавать данные через коммутируемый порт по созданному протоколу.

4. Требования к надежности

Надежность системы управления - свойство системы правильно функционировать  при определенных условиях эксплуатации в течение заданного времени.

Все количественные характеристики надежности носят вероятностный  характер и включают следующие параметры:

• среднее время наработки на отказ;
• вероятность безотказной работы;
• среднее время наработки на сбой;
• среднее время восстановления работоспособности.

Для определения количественных характеристик  надежности необходимо воспользоваться прикидочным методом расчета и определить ориентировочное время безотказной работы системы Т, которое складывается из всех t элементов схемы.

Интенсивность отказов у изделий электронной  техники и радиоэлектроники в  среднем равна i = 0.2 * 10^-6  (1/ч) для данной схемы (число элементов n не более 100):

I = n*i = 100 * 0.2 * 10^-6  = 20*10^-6  (1/ч)

А время безотказной  работы определяется как T=1/I, что составляет 50000, т.е. более 5 лет.

С учетом наличия  в системе других менее надежных элементов общий показатель надежности должен быть не менее T=10000 часов и  гарантированно обеспечивать работоспособность  системы не менее 1 года при выполнении правил эксплуатации.

5. Требования  к информационной и программной совместимости

Система должна функционировать  под управлением операционной системы  Microsoft Windows 95 или совместимой.

Каждая нота должна состоять из 2-х чисел:

• первое число соответствует длительности;
• второе – частоте.

   Значение второго числа должно хранится в регистре, из него пользователь должен брать необходимые значения. Должны использоваться 2 таблицы соответствия, т.к. регистры являются 8-ми разрядными, а код частоты - 16-ти разрядным. В первой таблице должны храниться старшие разряды, а во второй – младшие.

 

 

 

 

 

Таблица перекодировки:

table1: 

DB 0feh  ;ля

DB 0feh ;ля# 

DB 0feh ;си

DB 0fdh ;до