自动奏乐器

EDA课程设计报告设计题目：自动奏乐器一
姓名：**
班级：08级电子科学与技术二班
学号：************
成绩：
一、设计题目：自动奏乐器一
二、题目要求：
1．开机能自动奏一个乐曲，可以反复演奏；
2．速度可变。

1 1 5 5 6 6 5 -–
4 4 3 3 2 2 1 -–
5 5 4 4 3 3 2 -–
5 5 4 4 3 3 2 -–
3．附加：用数码管显示乐谱。

三、设计方案
3-1.电路总图
本实验共分降频变速控制、断音延音实现、32个状态
循环、选音、分频和显示五部分。

其中，降频变速控制部分由speed模块构成；断音延音实现和32个状态循环部分由模块xunhuan32构成；分频由fenpin模块完成，在总图中用74151数据选择器选出不同的地址输出，送出到扬声器发声；显示部分是一个7449数码管，在选音奏乐的同时数码管显示乐谱。

详细步骤如下：
（1）本实验时钟信号CP2采用实验箱给的高频信号
1.465khz降为可用的低频信号，以实现乐谱的正
常奏乐。

（2）为实现变速奏乐在模块speed中加入了一个cp3高低频控制（在实验箱上由按键来实现）。

（3）CP1采用23.438KHZ用于实现六个音符的分频（见fenpin模块）。

（4）为使音乐有节奏感，由yanyinduanyin模块，用于实现断音和延音的产生。

（5）为实现自动奏乐，模块xuanhuan32中置有一个由两个74160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。

（6）使用74151数据选择器实现了六个音符音调的输出;
（7）使用7449电路实现音符的显示
模块一: 降频和实现变速(speed)
设计原理：由于实验箱给出的是一个高频的信号CLK(选用1.465khz)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92进制和65进制了两个不同进制的计数器，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95进制计数器有效，演奏速度为慢速。

从而实现了变速演奏。

3-2 . speed模块电路图
电路仿真图如下：
模块二:音延音的实现（yanyinduanyin）
3-3.yanyinduanyin模块电路图
断音的实现：主要由一个74160构成的8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8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Q端一个低电平，因此，在8
个输入CP中前7个CP周期内Q输出为高电平，第8个
CP信号为低，从而实现了断音的演奏。

乐谱中的延音与断音用一个八进制计数器与上述的32进制计数器构成，在每8个时钟周期后出现一个脉冲out，
用来控制每个音符的断音。

在32进制计数器计到7时出现
YAN1; 计数器计到15时出现YAN2;计数器计到23时出现
YAN3; 计数器计到31时出现YAN4; 在xuanhuan32模
块中，对YAN1、YAN2、YAN3、YAN4与out，用或门
连接输出，保证在需要延音的时候低频信号out被高频信号
YANi覆盖。

波形仿真图如下:
模块三: 32状态乐谱的输出(xuanhuan32）yanyinduanyin模块输出了Q0-Q4五个乐谱状态地址编码，而在下一模块使用的是A、B、C三个地址编码，为实现乐谱的输入，要找出ABC和Q0-Q4的关系，从而用CBA实现乐谱的转换。

乐谱中各个音符(共六个)的CBA地址编码设定如下：
写出32个状态分别对应的Q0-Q4状态编码和CBA地址编码，利用卡诺图算出关系式，连好电路图，输出CBA端。

00 001 001 101 101 101 101 110 110
01 100 100 011 011 001 001 010 010
11 101 101 100 100 010 010 011 011
10 101 101 100 100 010 010 011 011 由卡诺图得
3-4.32个状态原理图如下：
仿真图如下:
模块四:分频的实现（fenpin模块）电路图如下：
功能：产生六个音符的对应的频率。

采用23438HZ的CLK信号输入，为区别各个音调，用两片74160来构成6个不同的计数器，由74151数据选择器控制xuanhuan32模块输入的乐谱信号，转换不同的进制，并且分别加入TFF调节使输出信号占空比为1：1下面为计算分频数：
1 分频23438/261.63/2＝45
2 分频23438/293.66/2＝40
3 分频23438/329.63/2＝36
4 分频23438/349.23/2＝34
5 分频23438/392.00/2＝30
6 分频23438/440.00/2=27
各音符所对应的进制：
音调频率(Hz) 进制
1 261.63 45
2 293.66 40
3 329.63 36
4 349.23 34
5 392.00 30
6 440.00 27
仿真图如下：（以CBA=010为例）
模块五：音符的输出和显示（见总图）
音符的显示主要是通过7449来实现的，由于xuanhuan32乐谱中输出端CBA是对应乐谱二进制数，可以直接作为7449地址段输入。

四硬件调试
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）单击打开文件图标，选中“ocean.gdf”文件，然后单击〈OK〉，进入图形编辑程序，ocean.gdf文件
中的内容将出现在工作区中。

（2）单击〈Assign〉—〉〈Device…〉，将出现“Device”
对话框，选择被编程的器件是“EPF10K10LC84-3”，如单击〈OK〉返回编辑界面。

（3）打开ocean.rpt,连接引脚；单击编程图标，出现“Programmer”界面
（4）单击〈Configure〉按钮，屏幕将显示编程的进程。

最后显示编程成功
（5）连好后，确认无误后，方可打开电源。

可在实验箱上进行实验验证了（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CP2的频率之后，得到了很好的演奏效果。

五实验过程中所出现的问题：
1.时钟信号命名时不一致则在编辑时出现找不到引脚的warning；
2.模拟仿真过程中有毛刺出现，为了减少毛刺我有时改
变进制数有时改变两片74160之间的连接方式，便得到较为满意的结果。

3．卡诺图化简部分，由于本设计用到五位化简较为复杂，开始时手动化简但连接电路并仿真后结果不正确，后来采用软件化简的方法，得到理想的结果
4．软件编译时有时有warning 起初时认为可以忽略，但经过仿真得知编译时的waring可能会产生很多仿真错误，所以适当调整电路以避免警告的出现。

六收获与体会
大二下学期我们学了数字电路，那是老师便经常跟我们提及EDA课程设计，从那时便对它充满向往，因为感觉EDA 和我们学的专业知识有必然的联系，而且我们终于可以学以致用了，可以真正的将理论和实践相结合。

但当我拿到设计题目时，脑子立一片空白，不知从何下手，找不到突破口，而且因为这样对自己所学的知识水平，个人能力产生了怀疑。

实习的第一天我竟然连一点思路都没有，一天茶饭不思。

慢慢的通过老师的讲解，自己阅读软件和硬件使用说明以及以前的学长学姐的试验报告，加之自己的思考，逐渐有了一些思路。

体会到了万事开头难！经过几天的冥思苦想，细细推敲，从最初有顶点儿的模糊想法到日渐完整的电路设计，遇到问题、解决问题，一步步开始喜欢。