乐曲演奏电路的设计.doc

北 华 航 天 工 业 学 院课程设计报告（论文）设计课题： 乐曲演奏电路的设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 北华航天工业学院电子工程系 乐曲演奏电路的设计 课程设计任务书姓 名：专 业：电子信息工程班 级：指导教师：职 称：课程设计题目：乐曲演奏电路的设计已知技术参数和设计要求：通过本课程的学习使学生掌握可编程器件、EDA开发系统软件、硬件描述语言和电子线路设计与技能训练等各方面知识；提高工程实践能力；学会应用EDA技术解决一些简单的电子设计问题。设计一个乐曲演奏电路，由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲，演奏时可通过键盘选择已存入的乐曲（3种），扬声器利用试验箱上的。利用1位LED显示器显示已存入的乐曲的种类。扩展功能：利用发光二极管显示高低音及音节的长短所需仪器设备：电脑 ，Quarters II 软件，实验硬件试验箱。成果验收形式：结果演示，老师提问的形式。参考文献：EDA技术与实验 EDA技术综合应用实例与分析 VHDL实用教程等时间安排在课设之前：第一天在图书馆查阅相关书籍，对设计的整体思路弄明白。第二天分析各个模块的作用及连接形式。第三天对各个模块运用VHDL语言进行编程。课设开始时：第四天将各个模块连接起来运行调试，结果演示、验收。指导教师：胡辉 内 容 摘 要本实验的设计原理是不同的音名对应不同的频率，设计的难点是准确的产生各音名对应的频率。简谱音名与频率的关系音名频率/Hz音名频率/Hz音名频率/Hz低音1261.63中音1523.25高音11046.5低音2293.67低音2587.33高音21174.66低音3329.63低音3659.25高音31318.51低音4349.23低音4698.46高音41396.92低音5391.99低音5783.99高音51567.98低音6440低音6880高音61760低音7493.88低音7987.76高音71975.52各音名所对应的频率可由一频率较高的基准频率进行整数分频得到，所以实际中产生各音名频率为近似的整数值。基准频率越高，近似程度越好，音准也越好，但同时分频系数会很大，耗费芯片资源也越多。本实验选取fo=1MHZ的信号作为基准频率。分频系数A及n的公式如下：分频系数A=fo音名频率分频系数n=分频系数A2分频系数n=fo音名频率2以中音1为例来说明：由fo=1MHZ产生中音1的523.25Hz，其中分频系数A=1000000523.251911.13，取整数值为A=1911，此分频系数可由计数器实现。但若不加处理语句，其分频后的523Hz信号不是对称方波，而占空比很小的方波将很难使扬声器有效的发出声音。为了得到对称方波，可将分频系数A分解为：分频系数A=分频系数n2。即先进行分频系数n的分频，得到不对称方波，再2分频得到对称方波。以A=1911分解为例，A=19119562。即先对fo=1MHZ进行956分频，得到9562Hz的不对称方波，然后再2分频得到523Hz的对称方波，送至扬声器可听到中音1的声音。最后对各个模块嵌入VHDL语言，编译、调试即可。索引关键词：音名与频率的关系 可变分频器 选择器 编码器目 录一 概 述 1二 方案设计与论证2三 单元电路设计与参数计算2 四 总原理图2五 安装与调试3六 性能测试与分析3七 结论3八 心得体会3九 参考文献4 一、概述 （一）本实验的设计原理是不同的音名对应不同的频率，设计的难点是准确的产生各音名对应的频率。简谱音名与频率的关系音名频率/Hz音名频率/Hz音名频率/Hz低音1261.63中音1523.25高音11046.5低音2293.67低音2587.33高音21174.66低音3329.63低音3659.25高音31318.51低音4349.23低音4698.46高音41396.92低音5391.99低音5783.99高音51567.98低音6440低音6880高音61760低音7493.88低音7987.76高音71975.52各音名所对应的频率可由一频率较高的基准频率进行整数分频得到，所以实际中产生各音名频率为近似的整数值。基准频率越高，近似程度越好，音准也越好，但同时分频系数会很大，耗费芯片资源也越多。本实验选取fo=1MHZ的信号作为基准频率。分频系数A及n的公式如下：分频系数A=fo音名频率分频系数n=分频系数A2分频系数n=fo音名频率2以中音1为例来说明：由fo=1MHZ产生中音1的523.25Hz，其中分频系数A=1000000523.251911.13，取整数值为A=1911，此分频系数可由计数器实现。但若不加处理语句，其分频后的523Hz信号不是对称方波，而占空比很小的方波将很难使扬声器有效的发出声音。为了得到对称方波，可将分频系数A分解为：分频系数A=分频系数n2。即先进行分频系数n的分频，得到不对称方波，再2分频得到对称方波。以A=1911分解为例，A=19119562。即先对fo=1MHZ进行956分频，得到9562Hz的不对称方波，然后再2分频得到523Hz的对称方波，送至扬声器可听到中音1的声音。（二）公用二进制计数器计数容量N的选取。 复位法：计数器由0加法计数至n-1，再复位为0。共n个状态。 置位法：由初值d计数记至最大值N-1，再置入初值d,（三）初值d的计算公共：初值d=N-分频系数例如：中音1的初始值d的计算公式： 中音1的初始值d=N-中音1的分频系数=2048-956=1092.二、方案设计与论证1 ：将各个音名的频率准确的分频得到；2 ：通过一个选择器，选通手动按音，或者自动乐曲发生；3 ：通过编码器，对各个音名编码；4 ：通过可编程的分频器，得到各个音名的2倍的音名频率；5 ：再2分频，得到对称的方波，即各个音名的频率；6 ：通过驱动电路送至扬声器，播放乐曲。三、单元电路设计与参数计算根据（一）概述，可算得各个音名的分频系数和初始值。音名分频系数n初试值d音名分频系数n初试值d音名分频系数n初试值d中音11911137中音19561092高音14781570中音21703345中音28511197高音24261622中音31520528中音37581290高音33791669中音41432616中音47161332高音43581690中音51276781中音56381410高音53191729中音61136912中音65681480高音62841764中音710121036中音75061542高音72531795四、总原理图及元器件清单1总原理图五、安装与调试将电路各个模块连接起来，编译通过以后，分配引脚，按引脚分配的结果在试验箱上用导线将电路连接好，然后下载程序，调试。如果调试不成功，可能是导线连接不佳，虚接。也可能试验箱没加电源或者引脚连接错误，要仔细检查。六、性能测试与分析调试成功以后电路就会播放音乐了，这是主要看音准与音长，即，播放的音乐是否为悦耳动听的音乐，每个音唱的时间长度是否准确等，如果不是，可能是编程的各个音名的频率不是对称方波，亦或者试验箱的信号发生器本身不稳定，要仔细检查，排除故障。七、结论通过一周的努力，终于将这个课设做出来了，达到了预期的目的，很有收获。八、 心得体会 一周的课程设计终于完成了，达到了预期的目的，时间紧迫，虽然很累，但是学到了很多东西，对在硬件中嵌入语言使其完成一定的功能的工作流程有了初步的了解。 很多VHDL语言，自己说起来特别了解，但就是让自己编程的时候却无从下手，这也许就是眼高手底的原因吧。将硬件中嵌入语言还是第一次遇到，感觉很难，怎样看这个器件，怎样选择器件，怎样给电路加驱动和分配电源等等等等诸如此类的问题，这是在课本上学不到的，通过自己的努力和同学的帮助，最终克服了这些困难，如期验收，感觉很有成就感，谢谢这次课设让自己有这样的机会学习这个过程，感谢老师的指导，感谢同学的帮助，谢谢你们！九、参考文献1 胡宴如.高频电子线路M.高教出版社. 2001.9：12-19 2 卢屹 数字锁相环的参数设计及其应用J 通信技术2001，（9）：12-15电子工程系乐曲演奏电路的设计课程设计成绩评定表专业： 电子信息工程 班级： 学号：姓名： 课题名称乐曲演奏电路的设计设计任务与要求通过本课程的学习使学生掌握可编程器件、EDA开发系统软件、硬件描述语言和电子线路设计与技能训练等各方