自动奏乐器1.doc

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燕 山 大 学
EDA课程设计报告书

题目： 自动奏乐器 二

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班级：
学号：

一 设计题目：
自动奏乐器二
二 题目要求：
1.开机能自动奏一个乐曲，并可以反复演奏；
2.速度可变；
1 3 1 3 5 6 5 – 6 6 і 6 5 – – –
6 6 і 6 5 5 3 1 2 2 3 2 1 – – –

3.附加：显示乐谱。
三 设计方案：
(1)、本实验时钟信号CP1采用23.438KHZ(biansu模块)，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11.719KHZ用于实现六个音符的分频（见模块fenpin模块）。
（3）、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32进制的计数器，用于乐谱中32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duanyin（延音断音）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（biansu模块）：
电路图：

仿真图：

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。

2、模块二（bianma）：
电路图：

仿真图：

功能：
实现延音和断音，实现乐谱中32个状态（音符）的循环。
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。
（1）：下面重点说说用于实现延音和断音演奏的duanyin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、Q13、Q14、Q15均是用于延音的实现。下面以Q12为例说明其工作原理。
图中Q0~Q4为乐谱上32个音符的状态编码输出。
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，见下面的仿真图所示。
Q13、Q14、Q15组合起来使用用于实现乐谱上第13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Q13、Q14、Q15 ，其他的原理与Q12一致。
仿真图：

（2）：音符的循环输出控制则是由门电路来实现的（见模块图）。
duanyin模块输出了Q0~Q4五个乐谱状态编码，而在下一模块使用的是A、B、C三个地址编码，为此要找出ABC和Q0~Q4的关系，从而用Q0~Q4表示出ABC。乐谱中各个音符(共六个)的ABC地址编码设定如下：
表1
音符
A
B
C
十进制表示
1
0
0
1
1
2
0
1
0
2
3
0
1
1
3
5
1
0
1
5
6
1
1
0
6
i
1
1
1
7
写出32个状态分别对应的Q0~Q4状态编码和ABC地址编码，找出他们的关系，写出表达式。

3、模块三（fenpin模块）

电路图如下：

功能：产生六个音符的对应的频率。
设计说明：
电路中由六个独立的模块分别用于实现六个音符的频率产生，这里以模块Yi为例说明其原理。
Yi的电路图：

设计说明：
电路图主要由两个74160组成一个22进制的计数器，当输入CP出入了22周期最后，输出Y才由一个输出高电平，这样便实现了22进制的分频，从而将给定的11.719KHZ的高频分成i音的频率523.26HZ。
下面给出了个音符对应的频率和对应的分频数：
表1
音符
频率（Hz）
分频数
i
261.63*2
22
6
440.00
27
5
392.00
30
3
329.63
36
2
293.66
40
1
261.63
45
4、音符的输出和显示（图见总图）
音符的输出
音符的输出主要由一个74151数据选择器来实现的，ABC是数据选择器的地址编码。个音符对应的编码见下表，这样就由数据选择器选择输出每个确定状态对应的音符。
（1）C B A三端所对应的音调：
音调
CBA
高音1
000
1
001
2
010
3
011
5
101
6
110

(2)用卡诺图画出关系式，连好电路图，输出CBA端。

Q4Q3Q2Q1Q0/CBA

当Q0=0时：
Q2Q1Q0
Q4Q3
000
001
011
010
110
111
101
100
00
001
011
001
101
101
101
110
101
01
110
110
110
000
101
101
101
101
11
010
010
010
011
001
001
001
001
10
110
110
110
000
011
001
101
101

C=Q2+Q3+Q4
B=Q3+Q4+Q4Q3+Q4Q2Q1
A=+Q2+Q4Q3Q1

当Q0=1时：
C=Q2+Q3+Q4+Q2
B=+
A=+Q2Q1+Q3Q2+Q4Q2

音符的显示
显示主要是通过7449来实现的，这里重点说一下BIN这个使能端，开始是将其接为高电平，结果发现在ABC均无信号输入时，数码管的显示不确定，后来查看其真值表才发现应当将ABC相或之后接回BIN，这样便能到达目的了。

五 心得体会：
通过这两周的实习，抽到题目时感到很新奇，但又不知道从何入手，顿时有点手足无措，惟有仔细看看题目的要求，翻翻书看看能不能打开思路，等到稍微带开思路时，又感到了实施时的困难，喜忧参半。但发现还是有其它同学跟我做的题目是一样或者是类似的，于是跟他们讨论讨论，互相启发指导，这个过程很值得我慢慢体会。当我们有了思路，着手在max+plusII上进行画图，布局，划线，调试，仿真。开始时不知道如何在软件上进行操作，自己慢慢的琢磨，请教同学，向老师求教，基本知道如何操作之后呢，又发现做出来的效果跟自己想的有着一定的距离。现在感慨，理论与实际操作的距离，只有在实践上才能慢慢的缩短距离。实践才是检验真理的唯一标准，因此我们应当珍惜学校给我们提供的这次宝贵的实习机会，认真体会和学习。
通过两周的eda课程设计让我体会到合作的重要性。自己永远存在不足，只有多跟别人交流，加上自己的认真思考思路才会很好的拓开。还有更重要的是这次课程设计，让我感到一个小小的错误就会导致整个电路无法正常运行，成功在于细节啊，也很好的培养了我们严谨的科学态度
最后，谢谢老师给予我们这次实践的机会。

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