音乐电路设计

数字逻辑与数字系统实验音乐电子电路设计一，设计要求：基本功能：1 .可以用键盘弹出高中低1、2、3、4、5、6、7基本音符;2 .可以用键盘弹出简短的曲目。扩展功能：1 .可以实现几首乐曲自动播放。2 .可以实现对乐曲播放的速度控制。3 .可以实现彩灯随着乐曲闪烁。二：能实现的功能：1 .可以弹出1,2,3,4,5,6,7基本音符（对应实验箱按键1,2,3,4,5,6,7）2 .可以弹出简单的曲目（和使用者的音乐修养和演奏水平有关）3 .可以实现几首乐曲自动播放（按键8可以实现音乐切换的功能）4 .可以实现曲目的播放速度的变换（通过案件1可以实现）5 .点击可以通过转速显示音乐的播放速度（通过按键2实现）6.彩灯能随着乐曲的频率有规则和无规则的闪烁变化三：设计原理及电路图1:音名与频率的关系音乐的十二平均率规定：每两个八度音（如简谱中的中音1与高音1）之间的频率相差一倍.在两个八度音之间，又可分为十二个半音，每两个半音的频率比为4。另外，音名A （简谱中的低音6）的频率为440Hz,音名B到C之间，E到F之间为半音，其余为全音，由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每个音名的频率如表1所示：表1简谱中的音名与频率的关系音名频率ZHz音名频率/H?音名频率/Hzfete 1261.63中音1532,25高音11046.50低音2293.67中音2587.33高音，1174.66低音3329.63中音3659.25高音31318,51低音4349.23中音4698.46高音41396.92fate 5391.99中音5783.99高音51567.98fate 6440中音6880高音617603 7493.88中音7987.76高音71975.52由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将得到 的分频数四舍五入取整。若基准频率过低，则由于分频系数过小，四 舍五入取整后的误差较大，若基准频率过高，虽然误码差变小，但分 频结构将变大。实际的设计应综合考虑两方面的因素 ，在尽量减小频 率误差的前提下取舍合适的基准频率。 本例中选取4MHz勺基准频率， 若无4MHz勺时钟频率，实际上，只要各个音名间的相对品频率关系不 变，C作1与D作1演奏出的音乐听起来都不会“走调”。各音阶频 率及相应的分频系数如表2所示。为了减少输出的偶次谐波分量，最 后输出到扬声器的波形应为对称方波， 因此在到达扬声器之前，有一 个二分频的分频器。表2中的分频系数就是从4MH函率二分频得到 2MHZ勺频率基础。表2各音阶频率对应的分频值音名分频 系数初始情音名分频 系数初始官音名分频 系数初始 值低音17644547中音138224369高音1191162801既工68101381中音234054786高音212706921-10Tt360672124中青330345157高音31517667410Te457272464中音428645327高音414326759-10T&551023089中音525515640高音512566935-10T6645453646中音622735918高音611377054低音740504141中音720256166高音710137178上计算得出的。由于最大的分频系数为 7644,故采用13位二进制计 数器已能满足分频要求。在表 2,除给出了分频比以外，给出了对应 于各个音阶频率时计数器不同的初始值， 对于乐曲中的休止符，要将 分频系数设为0,即初始值为8191即可，此时扬声器将不会发声。对于不同的分频系数，加载不同的初始值即可。用加载初始值而不是 将分频输出译码反馈，可以有效地减少本设计占用可编程逻辑器件的 资源，也是同步计数器的一个常用设计技巧。2:总体电路：（图1）：、一、r ,、. I: “IS 6VwSCAL 9TB-?：-imzJ KEY IN ：!*C 卜/ ，、 Y ，：:c: 卜4 厂 Of 15 5 MU5CAL NOTE j ., 所zi：L KEY_IN ：i ：1 Y 一/ 5、*一、八3:琴键模块：（图2）琴键模块共有四部分组成：input和试验箱上的按键绑定，key_in 部分是按键除颤电路，作为机械开关的键盘，在按键操作时，机械触 点的弹性及电压跳动等原因，在触点闭合或开启的瞬间会出现电压的 抖动，如果不进行处理就会造成误操作。按键去抖动的关键在于提取 稳定的低电平状态。滤除前沿，后沿抖动毛刺。对一个按键信号，可 以用一个脉冲对它进行采样。如果连续几次为低电平，可以认为信号 已经处于稳定状态，这时输出一个低电平按键信号。lpm_constant部分是存储部分，用于存储相应音高所对应的频率。 MUSICA嘟分是分频器，作用是在lpm_constant部分的信号输入后, 将48MHz勺基准频率分频成相应音高对应的频率。4.按键除颤电路：（图3）三个D触发器串联。作用是当按键按下时，D触发器的输出信号为低电平，并保持低电平的状态。这样就消除了按键按下时输出波形的毛图35: MUSICALS （图 4）四个74160串联，每个74160都是一个十进制计数器。通过 16个置 数端给每个74160赋予初值。这样就可以将750KHz的基准频率分频 成想要的频率。6:分频模块（图5）原理和MUSICA嘟分相同，它的作用是利用74160将48MHz勺基准频率分频成 75KHz,10HZ,8HZ,4HZ,2HZ,1HZ,100H射频率图57:音乐播放模块（图6）每个lpm_rom和一个MUSICAL1连，构成一个音乐播放单元。其中 lpm_rom2和lpm_rom3中存放的是歌曲青春纪念册和世上只有妈妈好 的频率信息。通过扫描的方式将这些频率依次送入 MUSICAL,这样 就可以播放歌曲了。每个音乐播放单元对应一首歌曲。Iqe romiZi m ui , : ：， 1. a : ui ， h aiaiiB - - jmu&toal二：二二二二；-H15q MLHCAL NOTt:工.， 4&mz* KEY IN8:歌曲切换模块（图7）74161和74138串联。其中74161采用计数的接法，一共能输出三个 信号。74138是一个38译码器。每来一个脉冲信号，就会切换一首 歌曲。一共可以在2首歌曲之间进行切换。；YON:! AYIN二U- S2、二一c：- G1Y4SI；J H3 G2A间Y5M:10 32SN6、：，7N:- - r =r 安irr，-一,一，图79:频率变换部分（图8）74161采用计数的接法，共能产生3个输出信号，通过lpm_mux在三种频率之间进行切换图810：彩灯模块（图9,图10）此彩灯模块共用了两个彩灯设计思路，图 10是最简单的一种，它的 变化随输出频率的变化而变化，频率大，闪烁的快，频率小，闪烁的 慢。图9是彩灯新思路，它能实现8盏灯从左至右，从右至左，从中 间至两边，从两边至中间的顺序亮，而不随外界频率的变化而变化。74161的CLK音乐播放电路的频率。7447的8个输出分别和8个彩 灯绑定。图10图9四.音乐附图（图一：青春纪念册；图二：世上只有妈妈好）Addr7+1+2+3T*5700120001523157516431682168216431G8203168217191719176217621762176220001017191682154316431543164316221643IB162216431785178B1788176217621762201719171917331733173317331762281762168215S217191733171917191823016321643164315751575162216431643173317191719168216821788176S17624017521762176220001523157516431824816321643168216321719171917621762SO176217622000171916821643164316435S1643162216221643173B17&S17S860176217621762176217191719173317336317331733176217621fiS216821719171970176217191&821643164316431643162278164317331733157516431733173317196016S2168216&216321643162216221643S3DQQOGOODQOQO0000IQDOOODDO0000QOQO图一：青春纪念册Addr。IT*2+3+4*5*+70011575 |15751S75157S1575157515231S23OS143214321523152316431643旧31&4310164316431575152315751575157515751314321432152315231575157515231S232014321363125417S6152314321363136328136313631363136313631363136313633014321432152315231523157514521432381432143214321363125412S412S412S440152315231523152315231523143214324&13631284178S128417621762176217625000000000QOOQ00000000000000000000图二：世上只有妈妈好五：实习感想经过这次课程设计，我进一步的了解了 ED世术，应用也更加自如 这为我们将来工作打下了坚实的基础，我们用ED*术设计并了完成 乐曲硬件演奏电路，实现了硬件自动发出音乐的功能。回顾此次课程设计，从书籍，网络不断的寻找到设计电路，从开 始到完成整个设计，从理论到实践，可以学到很多很多的的东西。对课本知识的进一步加深的同时学到了很多在书本上没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的。把所学的理论知识与实践相结合起来， 从 理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能 力。在设计的过程难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌 握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重 新温故。我对EDA勺学习只能算是个入门，这个领域的发展空间非常大， 应用范围也非常广泛，而且我相信在将来还会有更加广阔的应用前 景。因此在以后的学习过程中，我不能因为课程学习的结束而结束了 我对这个方面的学习甚至这个领域的探索， 相反我会更加努力的去学 习它。感谢老师兢兢业业的教导，让我不仅学到了知识，也学到了做 人做事的一些道理，为我提供了很多帮助。在接下来的学习中，我会 继续努力，努力扎实地学习专业知识，为以后打好铺垫，奠定基础。