自动奏乐器二6.docx

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自动奏乐器二6

EDA课程设计报告

燕山大学

姓名：

冷福平

班级：

05级电子信息工程3班

学号：

************

时间：

2007年11月15日

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。

．

1313565-66165---

.

6616553122321---

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（JPIN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3FENPIN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YDYIN（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（JPIN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91进制和64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64进制计数器有效，91进制计数器则不工作，音乐的演奏速度为快速；当SP=0时91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（MOKUAI2A）：

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YDYIN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OUT1端一个低电平，因此，在8个输入CP中前7个CP周期内OUT1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OUT2、OUT3、OUT4、OUT5均是用于延音的实现。

下面以OUT2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。

OUT2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OUT2,然后把OUT2和OUT1相与起来，从而将OUT1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。

OUT3、OUT4、OUT5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OUT3、OUT4、OUT5，其他的原理与OUT2一致。

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）。

YDYIN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（分频模块）

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23进制的计数器，当输入CP出入了23周期最后，输出Y才由一个输出高电平，这样便实现了23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2

音符

频率（Hz）

分频数

i

261.63*2

23

6

440.00

27

5

392.00

31

3

329.63

36

2

293.66

41

1

261.63

46

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表1，这样就由数据选择器选择输出每个确定状态对应的音符。

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。

五硬件调试：

软件仿真正确后，基本上说明所设计的电路是正确的。

为了进一步证明电路的正确性，进行硬件仿真，即将我们设计的电路下载到可编程逻辑器件中去，并加上相应的外部电路和连线，来对所设计的电路的功能进行验证。

具体操作如下：

1、打开文件图标

，选中“ZT.gdf”文件，然后单击〈OK〉，进入图形编辑程序，ZT.gdf文件中的内容将出现在工作区中。

2、选定设备型号。

3、选定引脚。

依次用鼠标右键单击各个引脚（包括输入和输出引脚），在弹出的菜单中选〈Assign〉—〉〈Pin/Location/Chip…〉，将出现“Pin/Location/Chip”对话框。

4、单击保存&编译图标

，再对电路进行编译一次。

注：

在设计过程中，设计的每次改变后，一定要重新编译一次，哪怕是微小的改变。

5、编程。

单击编程图标

，出现“Programmer”界面，单击〈JTAG〉—〉〈Multi-deviceJTAGChainSetup…〉，将会弹出“Multi-DeviceJTAGChainSetup”对话框，在“DeviceName：

”中选择“EPF10K10”。

单击〈Add〉按钮。

6、下载。

下载电缆通过计算机的并口将计算机和实验箱连接起来。

然后打开实验箱电源。

单击〈DetectJTAGChainInfo〉按钮，编程准备工作就绪。

单击〈SaveJCF…〉按钮，出现“SaveJCF”对话框。

保留软件给出的文件名不变，单击〈OK〉，返回“Multi-DeviceJTAGChainSetup”对话框。

单击〈Configure〉按钮，屏幕将显示编程的进程。

最后显示编程成功。

7、连线。

关实验箱电源，用导线将各个信号连好。

确认无误后，打开电源。

在实验箱上进行实验验证（即硬件仿真）。

经过连线、下载、调试，最终产生了需要的音乐。

开始时音乐演奏的速度太快，后降低CP1的频率之后，得到了很好的演奏效果。

但这是又出现了一个问题：

声音不是很稳定，认真查找原因后发现在原设计图中，分频电路所采用的是异步置零法，这种电路因为置零信号存在的时间极短，有其不稳定一面，所以改用置数法，重新下载，结果比较满意。

六心得体会：

通过这两周的实习，从拿到题目时的茫然，到有了思路的愉悦，再到具体实施时的困惑，有喜有优，感触良多，这个过程很值得回味。

实验过程中当自己遇到不懂的问题时要么找同学讨论，要么自己看书学习，有时也请老师指点迷津。

比如在后一步实现时，三态门的知识自己不是很了解，于是便自己看书学习，最后终于搞懂了其工作原理。

还有得善于思考，言语发现问题，解决问题。

再设计模块二时，是通过真值表得形式将Q0~Q4转化为ABC表示的，开始时划出的表达式非常的复杂，还出错了，从而导致电路图的连接错误，后来发现是由于再音符编码时的不科学造成的，开始时我时按顺序依次给各个音符编码的，这样编码的结果不易化简，使得表达式的最小项过多，而后对编码进行了改进，按照各音符所对应的十进制数进行编码，使得表达式得到了化简，得到了满意的结果。

这个实习的过程我不仅基本掌握了软件MAX+plusII的使用，更进一步加深了对数字电子知识的理解，经过自己实际的分析、思考、设计、调试、运行，让我明白了实际操作与理论知识之间的差距。

实践是检验真理的唯一标准，从课本上学到的知识只有在实践中被灵活运用后，才能深刻理解，并完全掌握。

随着电子技术应用的普及和电子系统设计复杂程度的不断增加，迫切需要更快速、有效的电子设计自动化，EDA能利用计算机的优势，快速，高效地开发和研制电子产品，缩短产品的开发时间，成为社会发展的必然趋势。

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。

这次的EDA课程设计给了我一次实践的机会，使我可以把学到的理论知识应用于实际。

通过这次设计，我充分的认识到了自己在数字技术学习上的不足，对以前学过的知识有了更加深刻的认识，并且学到了许多书本上没有的知识。

在设计电路的过程中我遇到了不少的麻烦，但通过自己的努力和老师，同学的帮助，最终都被解决了。

虽然我设计的题目不是很难，但通过它，我知道设计电路的大体过程，这对我们今后的学习和工作都有很大的帮助。

最重要的是这次EDA课程设计培养了我们严谨的科学态度，一个小小的错误就会导致整个电路无法正常运行，不能有一丝的马虎。

最后，谢谢老师给予我们这次实践的机会。