基于EDA数字电路的电子琴设计报告.doc

Civil Aviation University of China 数字音乐电路设计的实验总结报告 Music electronic design experiment prepare report 专 业： 计算机科学与技术 学 号： 110341328 学生姓名： 田野 所属学院： 计算机 2013/10/28 设计要求 设计一个简易的八音符电子琴，通过弹击按键演奏音乐，实现单曲循环播放和低音的7个发声。 设计思路 电子琴的发生原理是：某个琴键按下去的时候控制电路给扬声器输出固定的频率信号。利用这一原理，首先设计一个分频电路Frequency，并封装成一个独立的模块；然后再利用Frequency这一分频电路，将实验箱上自带的48MHZ的标准频率分出一750KHZ的基准频率，在此基础上进行详细分频得到各个音阶，为了保证输出的频率信号能够驱动扬声器工作特意加入了一个二分频的电路，并将加入二分频电路的分频电路封装成名为MUSICAL_NOTE的模块。利用以上两个自制的模块和QuartusⅡ自带的LPM_CONSTANT强大宏模块就可以完成第一个功能（七音按键），再加入一个按键除颤、循环计数和乐谱频率文本就可以实现乐曲的自我播放。 综上，分频、音频电路、按键除颤和乐曲文本是本实验最主要的功能模块，其中分频电路是最基本的电路，乐曲文本是根据音频表对乐谱的翻译，音频电路则是建立在分频电路的基础上，同时也是该实验最重要的一个模块。各模块的电路设计图均在后面进行叙述。 实验电路图 MUSICAL_NOTE模块 本模块调用了Frequency模块，P[15..0]用于接收初始值，key_in是一个外部按键，用于告诉这个模块是否要进行工作，中间的74160则用于设定固定频率。 2.Frequency模块 由于SmartEDA实验箱仅提供一个48MHZ的标准频率，所以设计了下图的能够得到任何频率的分频电路，用于实现750K、1KHZ、100HZ、10HZ、8HZ、4HZ、2HZ频率，而最后的74161目的是得到占空比为50%的方波信号。 3.key_in模块 机械开关由于触电的弹性和电压的跳动等原因，使得触点在闭合或开启的瞬间会出现电压的抖动，因此必须进行除颤防抖功能，如下图，以确保提取稳定的低电平状态，保证实验结果、减少操作误差。 4.简易电子琴原理图 前七个键借助MUSICAL_NOTE和LPM_CONSTANT两个功能模块实现了低音“１”到低音“７”的控制电路，最后一个键借助MUSICAL_NOTE和LPM_ＲＯＭ来实现。 ５．乐曲曲谱的存储文件 《两只老虎》 《梁祝》 《猪八戒背媳妇》 实验结果 利用实验箱上的八个按键实现两个功能，其中每个功能模块都是单独建立工程文件，在编译通过之后打包成独立的模块，由于分频电路个频率之间相差过大，在仿真时只有750K的能够出现方波。各个按键都能正常使用，音频也比较准确，乐曲也能自动循环播放,同时添加了显示模块，可以在八位数码管上显示你所弹奏的乐谱符号，利于发现错误，进行不断校正。此外，该电路利用JK触发器实现了自动播放和演奏的互斥，即在弹奏时不可以播放，播放时不可以弹奏。 心得体会 本次试验一方面需要我们掌握数字逻辑电路的知识，另一方面又要适应新的软件QuartusⅡ和试验箱的用法。 当然，本次试验中我也遇到不少新的问题。首先，在老师让回去查资料和分析电路原理时，没有精心准备。在网上找了几份资料，也不合心意，以至于后来自行设计时，没有全局观念，使后来电路经常得兼顾不同功能来回修改，降低设计效率。真的是不听老人言，吃亏在眼前啊！其次在调试的过程中，我经常会遇到一些错误，但一般错误都是能自己改正的，遇到最多的错误就是输入、输出忘标了，主要还是不够细致造成的。当然也有许多问题是自己不能解决的，这时就要请教老师，或跟同学商量。在做分频的时候感觉很顺利，就是几个计数器，后来发现还是不对，输出就几个频率，不够用，看来还是需要有全局观念；然后在做显示模块的时候耽搁了一下，原因就是显示乱码，是输出二进制位顺序反了；接着是音乐存储和电路切换，这里面的逻辑关系比较复杂，要考虑的因素也比较多，最后在跟同组同学的商量下把问题解决了；然而，最大的问题还是显示复用问题，刚开始对这个问题是一头雾水，因为以前的数字钟实验需要几个显示就给几个显示管，这一次遇到了切换的问题，我们开始每想到用选择器来控制切换，虽然有结果，但显示任不正常，且无法解决三种界面的切换问题，最终在其他同学的指导下采用选择器解决了问题。 对于本次实验，我体会颇深：作为学生，我们