乐曲自动演奏器及简易电子琴的设计.doc

乐曲自动演奏器及简易电子琴的设计 所做的作品 2007-01-28 21:23:49 阅读245 评论1 字号：大中小 设计制作者：毛传林，张红，胡根水，聂剑飞，王塞中，钱明刚 制作时间：2006年12月20日—31日 一、设计要求： 1.?????? 设计并实现简易电子琴和音乐发生器。 2.?????? 理解音名与频率关系，可变分频器原理。 3.?????? 画出原理框图，设计并实现简易电子琴和音乐发生器。 4.?????? 能用简易电子琴弹奏一首乐曲，自动播放一首歌曲。 二、方案论证与比较 方案一． 使用用现有的EDA实验箱所提供的矩阵键盘，扬声器，EPF10K10TC144-4,脉源等硬件资源，程序设计使用VHDL语言来编制。VHDL语言有如下优点： 1.设计技术齐全、方法灵活、支持广泛 VHDL语言可以支持自上至下和基于库的设计方法，而且还支持同步电路、异步电路、FPGA 以及其它随机电路的设计。 2.系统硬件描述能力强 VHDL语言具有多层次描述系统硬件功能的能力，可以从系统的数学模型直到门级电路。另外，高层次的行为描述可以与低层次的RTL描述和结构描述混合使用。VHDL语言能进行系统级的硬件描述，这是它的最突出优点。还可以自定义数据类型，给编程人员带来较大的自由和方便。 3.VHDL语言可以与工艺无关编程 在用VHDL语言设计系统硬件时，没有嵌入与工艺有关的信息。当门级或门级以上层次的描述通过仿真检验之后，再用相应的工具将设计映射成不同的工艺（如MOS、CMOS）。在工艺更新时，就无须修改原设计程序，只要改变相应的映射工具就行了。无论修改电路还是修改工艺相互之间不会产生不良影响。 4.VHDL语言标准、规范、易于共享和复用 VHDL语言已作为一种IEEE的工业标准，便于复用和交流。 方案二. 使用单片机制作需要使用汇编语言或是用C语言来编制程序，无法像VHDL语言一很好的支持层次化设计，这就加大了程序的编制难度。无法像VHDL语言一样在EDA工具中进行逻辑综合和优化。给调试也带来了一定的困难。 由于本设计所用到的模块比较多，为了使分开编制程序方便。我们选择方案一实现本设计的全部功能。 三、设计原理和程序实现 本次设计一共有六个模块组成，分别为键盘模块，乐曲节拍发生器模块，琴/乐选择器模块，编码器模块，可编程分频器模块，二分频器模块。原理框图如下： 程序的编制也是按模块编写完成后再进行整，通过一个主程序的调用实现这个功能。 各个功能模块的分析说明如下： (1)键盘key0模块 我们使用的是EDA实验箱上的键盘显示模组。它是一组2X8的按键，键值从0~F。键盘扫描和数码管选通信号是用同一个3—8译码器送出的，扫描键盘时也选通了数码管。在程序编制时我们没有给数码管送信号，所以在使用键盘时不会点亮数码管。 （2）25分频器模块 因为音乐节拍发生器需要4HZ的时钟脉冲，但是，在EDA实验箱上没有4HZ的脉冲源，于是，把100HZ的脉冲引入25分频器，进过25分频后使它输出4HZ的脉冲再供给乐曲节拍发生器使用。在此处我们使用了一个数码分频器，它可以根据所给的初始值来分成任何频率。这于下面提到的二分频器原理是有所区别的。下面为25分频器的仿真波形： 图一 25分频器的仿真波形 从图中我们可以看到仿真图与我们设想的一样。 （3）乐曲节拍发生器 DOU-RAI-MI 模块 在音乐发生器档位，可自动循环播放如下乐曲旋律： ||：1? 2 |3? 1|3 1|3 —|2? 3|44 32|4 —|4—| 演奏的乐曲旋律存放在这个模块里，最小的节拍为1/2拍。将一拍的时间长定位为0.5s，则1/2拍时长为0.25s。所以需要4HZ的时钟频率。演奏的时间控制通过记谱来实现，对于占用时间较长的节拍（一定是1/2拍的整数倍，如1拍），只需要将该音名连续（两次）即可。音名持续时间的长短由一个时长计数器控制，其时钟为4HZ。该计数器还可以实现乐曲的循环播放。其仿真波形图如下： 图二 音乐节拍发生器DOU-RAI-MI模块仿真波形 我们可以对照程序中记的乐谱发现仿真完全正确。 （3）琴/乐选择器 BMUX 模块 系统工作在简易电子琴状态还是音乐发生器状态由此模块的按键CS控制。琴键按下的状态是由键盘模块判断出来然后传到琴/乐选择器，再有此模块输出到下一个模块（即编码器CODER）。其仿真波形为： 图三 模块BMUX的仿真波形 从图中我们可以看到当CS被置为0时按键值才能被输出，且不同的按键对应着不同的输出。完全的符合设计的要求。 （4）编码器 CODER 模块 编码器从上一模块（琴/乐选择器）接受到不同的键值，再经转换