基于PS2的音乐发生器的设计实现

电子电路综合实验 总结报告 题目 基于 PS2 的音乐发生器的设 计实现 班级 学号 姓名 成绩 日期 2015 3 9 一 摘 要 PS 2 接口是一种 PC 兼容型电脑系统上的接口 可以用 来链接键盘及鼠标 是实现人机交互的重要途径 通讯协议是一种双向同步串行通讯协议 通讯的 两端通过 时钟脚 同步 并通过 数据脚 交换数据 因其通信协议简单 可靠 性高 表达信息量大 曾广泛应用于人机交互中 虽然随 着 USB 接口的普及 越来越多的 PC 用户选择了 USB 接口 但目前主流 PC 中仍然保留了 PS2 键盘的接口 音乐发生器是现代电子科技与音乐结合的产物 它在 现代音乐扮演者重要的角色 基于 PS2 的音乐发生器由 PS2 接口电路 拨码开关模块 波形发生模块 cd4051 模拟开 关模块 模式选择模块 低通滤波器模块 运算放大电路 功率放大电路七个部分组成 通过 PS2 键盘或拨码开关控 制音乐发生器 系统接收 PS2 键盘送来的串行数据 将其 转成并行数据 从而进行比较将 555 产生的不同频率送到 低通滤波模块 转化为正弦波 由于输出幅度低 所以利 用运放和功率的放大 以驱动扬声器 二 设计任务 2 1 设计选题 选题十基于 PS2 的音乐发生器的设计实现 2 2 设计任务要求 利用 PS2 接口电路控制并实现一个音乐发生器系统 要求用集成电路设计产生得到一组不同频率的音阶 通过 编码形成 8 位数字量来控制 D A 转换器使其输出正弦波 以驱动音响电路 具体要求如下 1 产生 7 个不同频率的音阶以驱动音响电路 波形为 正弦波 要求每个正弦波有 64 个点 列表产生 频率分别 为 261Hz 293Hz 329Hz 349Hz 391Hz 440Hz 493Hz 2 利用 PS2 键盘上 1 7 的数字键控制该音乐发生器 其键值分别对应 16 1E 26 25 2E 36 3D 3 利用 D A 模块产生正弦波 要求 D A 精度为 8 位 输出电压范围是 0 5V 4 利用运算放大电路实现正弦波形的衰减 电压放大 倍数为 0 1 倍 5 利用功率放大电路实现功率的放大 电压放大倍数 为 20 倍 6 利用示波器观察所产生正弦波形的输出结果 并分 别测量 7 个音阶的频率 要求频率误差不得大于 5 三 方案设计与论证 本方案有两种输入方式 1 将键盘与 ps2 接口连接 按下键盘的按键 3 片 74194 移位寄存器将 ps2 传输来的 11 位串行数据转化为并行数据 将 8 位数据位的低 3 位送入 单 8 通道数字控住模拟电子开关 cd4051 2 利用拨码开 关模块 拨开 8 位拨码开关前七位中的一位 通过优先编 码器 74147 编码后 将三位数据送入单 8 通道数字控住模 拟电子开关 cd4051 这两种输入方式的选择过程由模式选 择模块中的 74244 来实现 cd4051 选择 7 个不同阻值的电 阻中的一路作为 555 接成的多谐振荡器中的 R2 从而产生 7 个不同频率的方波 经 5 阶 RC 滤波器滤波后 方波变为 7 个不同频率的正弦波 经过运算放大电路和功率放大电路 后 驱动扬声器产生 7 个不同频率的音阶 图 1 系统方框图 1 图 2 系统方框图 2 此方案采用键盘或拨码开关控制电路 灵活性强 足 以满足本选题的技术指标要求 而且硬件电路结构简单 易于实现 四 电路单元参数的选定和设计实现 4 1 拨码开关模块 拨码开关模块由部分构成 第一部分是一个 8 位拨码开 关 另一部分是 74147 10 4 优先编码器 将输入数字转化 为 BCD 反码 优先编码器 74147 是低电平有效 故接成下 图的形式 使对应拨码开关闭合时为低电平 断开时为高 电平 如果有多个输入端为 0 则以编号最大的输入端 为准 故要将 8 和 9 输入端接电阻再接 VCC 屏蔽掉 电路如图 3 所示 图 3 拨码开关电路 仿真输出波形如图 3 所示 在此 附上 1 和 2 拨码开 关闭合时的截图 其他以真值表形式列出 图 4 拨码开关电路仿真 开关 1 闭合 图 5 拨码开关电路仿真 开关 2 闭合 表 1 拨码开关电路仿真真值表 4 2 波形发生模块 波形发生模块是由 555 定时器接成的多谐振荡器 555 定时器接成的多谐振荡器震荡周期 T位 位T1位 位T2位 位位 位R1位 位2位 位R2位 位位 位Cln2 而 fmax位 位261位 位HZ fmin位 位493位 位HZ 输出脉冲占空比为 q位 位T1位 位T位 位位 位R1位 位R2位 位位 位位 位R1位 位2位 位R2位 位 将 C 0 1uF T 1 f 得 位 位R1位 位2位 位R2位 位 max位 位55 3位 位k位 位 位 位 R1位 位2位 位R2位 位 min位 位29 3位 位k位 位 为使矩形板占空比尽量接近 50 我们取 R2为为50k位 位电电位 位位 位 R1位 位为为1k位 位 电路图如图 图 6 波形发生模块电路 仿真输出波形如图 图 7 波形发生模块电路仿真 4 3 模拟开关模块 模拟开关模块选用单 8 通道数字控制模拟电子开关 cd4051 由于拨码开关模块中 74147 是反码输出 其输出的三位 BCD 码对应十进制数为 6 5 4 3 2 1 0 故选择 cd4051 的 0 6 输入端连接电位器的滑 动端 7 个电位器另一 端接在一起连在输出端 上 电位器作为多谐振 荡器中的 R2 电路图如图 仿真时将前三个模块连起 则可输出 7 种不同频率的 矩形波 图 8 模拟开关模块电路图 仿真电路图如图 图 9 模拟开关模块仿真电路图 仿真输出波形如图 7 种不同频率的矩形波中的一种 图 10 模拟开关模块仿真