自动奏乐器 二.doc

一设计题目: 自动奏乐器二二题目要求: ,并可以反复演奏; ; 11565–66?65––– 66?65512221–––.附加:显示乐谱。三设计过程: 总述:本曲完整播放共 2拍,共需要音符六个,即1、2、、5、6, i,故六种音符。节拍为四四拍,较为固定,其中每个音符之间都有断音,只有第 7拍的 5为延音两拍,第1拍的 5和第 29拍的 1为四拍延音。要求为重复播放从乐谱开始到结束总共包括 2种状态,(且为了实现乐曲能够自动循环播放,采用了 2进制加法计数器),速度可变(两种频率),并显示乐谱(七段式译码器)。总体设计思想: 本实验共分为五个部分,分别为构造音符、变速控制、断音延音控制、音符分频,及音频和显示输出。其中构造音符部分由 y1~yi 模块实现;变速控制由 biansu 模块控制;断音延音控制由模块 duyin 模块控制;音符分频模块由 fenpin 模块控制;音频及显示输出,音频输出用到一个 74151 (8选1数据选择器)选择分频音符输出音调,输出到一个 T触发器,实现占空比为 1:1,再送出到扬声器发声,显示部分则是由一个 7449 (七段式译码器)完成,在选音奏乐的同时由数码管显示乐曲。设计方案: (1) 、本实验时钟信号 CP1 采用 290 HZ(biansu 模块)使实验箱给的高频信号降为可用的低频信号,以实现乐谱的正常奏乐。(2)、 CP2采用 Z用于实现六个音符的分频( fenpi n模块)。()、为实现变速奏乐在模块 1中加入了一个 SP信号(在实验箱上由按键来实现)。(4)、为实现自动奏乐,模块 2中置有一个有两个 74161 组成的 2 进制的计数器,用于乐谱中 2个音符状态的顺序输出。(5)、为使音乐有节奏感,模块 2中还装有一延音断音模块( duyi n 模块),用于实现断音和延音的产生。(6)、使用 74151 数据选择器实现了六个音符的输出和显示选择。(7)、使用 7449 电路实现音符的显示。四、设计说明: 电路设计总图如下: 仿真图如下: 下面分模块来叙述详细的设计过程。 1、模块一变速控制模块( biansu 模块): 电路图: 功能: 降频和实现变速。设计原理: 由于实验箱给出的是一个高频的信号,而要演奏音乐则应当降低为低频,设计的电路由计数器的分频作用来实现降频,电路中设计了两个不同进制的计数器,分别为 92 进制和 65 进制。而变速演奏则是由 SP 这个高低电平信号来控制实现的,当 SP=1时 65 进制计数器有效, 92进制计数器则不工作,音乐的演奏速度为快速;当 SP= 0 时 92进制计数器有效,演奏速度为慢速。从而实现了变速演奏。仿真图如下: 当 sp=1 时: 当 sp=0 时: 仿真结果与设计结论相符。 2、模块二断延音和循环控制模块( mk2a ): 电路图: 功能: 实现延音和断音,实现乐谱中 2个状态(音符)的循环。仿真图如下: 设计原理:断音是指两个音符之间的间隔,而延音则表示两个音符之间无断音。仿真结果与设计结论相符。下面详细描述该模块: (1)用于实现延音和断音演奏的断延音模块( duyin 模块): 电路图如下: 设计原理: 断音的实现:主要由一个 74160 构成的八进制计数器实现,计数器 ABCD 端置 0,计数器初时状态为 0,开始计数,计到第七个 CP信号完成时置数端有效,计数器回到初时状态 0。与此同时,计数器也给 Q11 端一个低电平,因此,在 8 个输入 CP 中前 7个 CP 周期内 Q11 输出为高电平,第八个 CP信号为低,从而实现了断音的演奏。延音的实现:输出端 Q12 、 Q1、 Q14 、 Q15 均是用于延音的实现。下面以 Q12为例说明其工作原理。在2进制计数器计到7时出现 Q12; 计数器计到 1 时出现 Q1; 计数器计到 14 时出现 Q14; 计数器计到 15时出现 Q15; 计数器计到29时出现 Q12; 计数器计到0时出现 Q1; 计数器计到 1时出现 Q14 。不输出断音,则输出延音。 Q12 实现乐谱上第七个音符 5- 的延音,为此在电路循环到此状态时,由一个五输入端的与门给出一个高电平给 Q12, 然后把 Q12和 Q11 相与起来,从而将 Q11 产生的断音屏蔽掉了,实现了延音的输出。 Q1、 Q14 、 Q15 组合起来使用用于实现乐谱上第 1个和第 29个状态延音的实现,注意这里有三个延音,故而分别在三个连续的状态上使用了 Q1、 Q14 、 Q15 ,其他的原理与 Q12 一致。图中 Q0~Q4 为乐谱上 2个音符的状态编码输出。如下图,把 Q0~Q4 “ Enter group ”,可知为 2进制计数器。仿真图如下: (2): 音符