学 习 情 境 三：简易电子琴 EDA技术项目化教程 [电子教案].ppt

Doc. number to be entered by Header and Footer 学 习 情 境 三：简易电子琴 主要内容 A.项目任务 B.项目目标 C.实施步骤 D.相关知识 E.评价与总结 A. 项目任务 B.项目目标 C.实施步骤 任务3.1实施步骤 一、资讯 1.明确任务 一般来说，所有乐音有四个基本要素—— “音的长短”（决定节拍）、“音的高低”（频率决定）、“音的强度”、“音色”。而其中最重要的是 “音的长短” 和 “音的高低”。为了简化设计，本任务设计的音乐播放电路只考虑音的最重要的两个方面： “音的长短” 和“音的高低”，忽略音的强度和音色。要求音乐播放电路最少能连续循环播放一首歌曲，在此基础上可再做进一步的扩展。 为实现播放 “音的长短” 和 “音的高低” ，可根据乐谱用一个控制电路模块产生 “音的长短” 和 “音的高低”信号，控制电路模块包括一个节拍产生子模块（控制“音的长短”）与音符产生子模块（控制“音的高低”）。 用一个分频系数、音符显示数据产生模块把音符信号转换为分频系数、音符显示数据和高低音显示电平。用一个可控分频模块根据分频系数产生不同频率信号驱动喇叭或蜂鸣器播放音乐。 任务3.1实施步骤 电路输入是两路时钟信号：一路作为可控分频电路模块的输入时钟，经可控分频电路模块分频后，得到各种所需的乐音信号。另一路作为控制电路模块的输入时钟，用来产生节拍。这两路时钟信号的频率根据具体的实验条件和所选歌曲可有所不同。 电路的输出有：一路一线是乐音信号输出，用来驱动外接喇叭或蜂鸣器播放音乐；一路四线用来驱动外接的数码管，显示播放的音符简谱符号；一路一线用来驱动外接的一个LED,播放高音时发光。 2.查阅资料 到图书馆、互联网查找有关资料。前人发表的有关音乐电路的文章主要散见在学术期刊和有关网页上。可用乐曲播放电路、音乐发生器等关键词查找。另外，要理解这些文章所介绍的原理，还要具有音乐谱、乐音频率的有关知识。 任务3.1实施步骤 二、计划 音乐电路是模仿人歌唱的电路，故可用人歌唱作为原型来分析设计本任务的总体方案。人通过声带振动发出声音，声带振动频率不同发出不同声音。故在用数字电路来模仿时，用一个控制电路，实现声带振动功能，控制音符信号的产生；用一个电路把音符信号转换为可控分频模块可用的分频系数；可控分频电路在分频系数作用下产生不同频率信号来驱动外接喇叭或蜂鸣器播放音乐。 控制电路模块根据歌谱控制可控分频电路模块按照一定节拍在不同时间发出不同的乐音。而控制电路模块应该分为两个子模块，一个用于产生节拍，称节拍产生模块；另一个用于根据歌谱控制可控分频电路模块在不同时间发出不同的乐音，称音符产生模块。音乐电路是连续循环播放的，故控制电路模块的核心部分——节拍产生模块是一个计数器，每个状态持续的时间是需播放的所有音的音长的最小公因数，比如是一个十六分音符时值，具体时间长度应根据需播放的歌曲而定。这样，每个音符持续的时间是每个状态持续的时间的整数倍，故占据整数倍个状态。具体占据状态的个数要根据每个音的音长来决定。控制电路的计数器的模即状态数，可由需播放歌曲的各个音所占据状态个数累加而得。例如，一首用于播放“梁祝”乐曲的音乐电路的控制电路的计数器的模是139。节拍产生电路的计数器是用来产生节拍定的，音符产生模块则将节拍产生电路的计数器的状态翻译成对应的音符，如需播放的歌曲中所用到的音符为9~16个，则音符产生模块的输出信号应有四位，其他情况依此类推。 任务3.1实施步骤 控制电路模块只是根据歌谱产生控制可控分频模块按照一定节拍在不同时间发出不同乐音的音符信号。控制电路模块要具体控制可控分频模块，还要把音符信号转换为分频系数作为可控分频模块的输入信号，也要根据音符信号决定提供给外围数码管的用于显示简谱音符符号的数据和提供给外围LED的用于显示高低音的数据，这就需要另一个模块——分频系数、LED数据产生模块。分频系数、LED数据产生模块根据音符产生模块输出的音符信息，产生每个时刻提供给可控分频模块的分频系数、提供给外围数码管的用于显示谱音符符号的数据和提供给外围LED的用于显示高低音的数据。 可控分频模块根据分频系数产生不同频率信号驱动喇叭或蜂鸣器播放音乐。 播放音乐电路设计总体参考方案如图3-1所示，其中的两个时钟频率的取值将在下面介绍实施的部分做分析。 任务3.1实施步骤 。 任务3.1实施步骤 三、决策 本音乐电路设计重点在控制电路模块和可控分频模块设计，下面讨论这两个模块以及顶层模块的设计方案的选择。 1、控制电路模块（节拍产生模块与音符产生模块）设计方案的选择 节拍产生模块是一个计数器，可采用通常的方法