电子节拍器的设计与实现毕业设计论文

电子节拍器的设计与实现毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订一．设计课题的任务要求设计并实现一个具有声光显示的电子节拍器。

基本要求：1、速度在 40~120 次/分钟范围内连续可调，通过 2 个按键进行速度调节，一个用来增加，一个用来减少，当长按按键时，按 5 次/秒的速度连续增加或减少，用 3 个数码管显示当前速度。

2、节拍有 1/4、2/4、3/4、4/4、3/8、6/8 可选，通过一个按键选择，用 2个数码管显示。

3、通过一个按键开始和停止打节拍，开始后按照设置好的节拍和速度打节拍。

4、要求有声音和灯光提示，声音要有强弱区别，灯光可用不同颜色的发光二极管表示强弱。

提高要求：1、通过一个按键选择时值（节奏类型），并在用点阵显示，如下图。

2、实现在无节奏型的情况下，用点阵计时，点阵的显示从0到9，时间间隔为一秒，从而帮助使用者学习乐理知识。

二．系统设计（设计思路，总体框图，分块设计）1.设计思路程序分为输入模块，分频模块，中央控制模块和显示模块四大模块，其中显示模块又可细分为数码管显示，点阵显示，LED灯亮灯显示和蜂鸣器发声四个部分。

输入有reset（复位键），st（开关键），tn（调速键），tk(调节拍键)，tj（调节奏键）五个键。

利用三个数码管显示速率，两个数码管显示节拍型，使用点阵显示节奏型，无节奏时点阵显示0到9的计时（时间间隔为1秒）。

对于开关，速率，节拍，节奏的调节，使用5HZ的时钟信号进行防抖和控制调节的速度。

利用取余函数将节拍器的速率的个十百位数字分别提取出来，并通过扫描显示将节拍器的速率和节拍型显示出来。

LED灯和点阵的信号依据节奏和节拍型确定，先考虑节奏型，分列出各个节奏型的信号，如果无节奏型再考虑节拍型，确定节拍型的信号。

最后蜂鸣器的信号由红灯信号与250HZ高频相乘所得信号和绿灯信号与500HZ高频相乘所得信号共同合成。

2．总体框图（1）系统顶层框图（2）系统对外接口图（3）逻辑划分方框图（4）逻辑流程图（由于状态先由有无节奏型确定，无节奏型时再看节拍型，为了使图形简洁美观，避免画图时线条过多和交叉，此处将逻辑流程图分为两个部分，当从有节奏型转换为无节奏型时，状态转入先前的节拍型，而非默认的40HZ的1/4拍）（5）MDS图节奏间的转移（其中0为无节奏，转移条件为节奏选择键输入tj）:节拍间的转移（转移条件为节拍选择键输入tk）:3.分块设计（1）分频模块：分频模块可以细分为两个部分，一个是与速率，节拍无关的普通分频，一个是与其有关的分频分频比的计算：待得信号单位时长 / 基础信号单位时长第一部分：需要分出的信号有clk500（用于蜂鸣器高音合成）clk250（用于蜂鸣器低音合成）clk5（用于调速，选节拍，选节奏的防抖和控制其变化速度）clk1（用于无节奏时控制计时器在0到9间转换）第二部分：需要分出的信号有clk8（八分音符信号）clk4（四分音符信号）clk2（二分音符信号）（2）调速，选拍，选节奏模块对于速率，拍子和节奏的选择，各使用·一个按钮输入，通过循环实现重复选择。

由于按钮输入时在上升沿有毛刺出现，为了防抖，引入5HZ的信号clk5，由clk5的上升沿决定是否变化。

同时，clk5的引入控制了变化的速度。

（3）数码管显示模块此模块共用到五个数码管，其中三个显示速率，两个显示节拍类型，通过引入clk250实现数码管的扫描显示。

节拍的显示可以通过k的值（6种情况）直接使用case语句分类输出。

而速率的显示由于速率从每分钟40次到每分钟120次，中间共有81种情况，不可能直接依据其值n进行分类，写出每一种情况对应的数码管扫描输出。

所以需要提前把速率的每一个数位上的数字提取出来，便于输出。

提取每一位的数字可以利用取余函数rem, 具体如下：c3<=n rem 10;c2<=((n-c3) rem 100)/10;c1<=(n-c2*10-c3)/100;（4）点阵显示模块实验室提供的点阵是8乘8的行扫描点阵。

点阵模块在此要实现两个功能能，一是在无节奏普通节拍的情况下实现从0到9的时钟计时（两个数字时间间隔为1秒），第二则是在有节奏型的情况下，将节奏型的符号显示在点阵上。

为了实现此两个功能，要引入一个变量p来进行区分：当无节奏型（j=1）时，p在0到9间转换，实现计时功能；当有节奏型（j!=1）时，p=j+8，用于显示节奏符号的情况。

实际上，点阵显示共有15种状态（10+5）。

（5）LED灯显示模块LED灯采用两个不同颜色的灯输出，一红一黄，分别代表强弱拍。

根据有无节奏类型和节拍类型，可先确定一个基本的信号，以下以3/4拍为例，则基本信号为四分音符信号clk4，再通过引入计数变量y1，y1在clk4的上升沿出现时发生变化，且在0到2间变化，若y1对3取余为0，则将基本信号赋值给红灯输出，否则将信号赋值给绿灯输出，从而实现信号的抽取（注意将此处得到的信号与普通分频得到的信号加以区分，占空比不为50%）。

其余的节奏和节拍均可用类似的方法抽取出LED红绿灯的信号。

（6）蜂鸣器发声模块蜂鸣器的声是实现在LED灯显示的基础上的，由于LED的红灯亮时，蜂鸣器发出声调较低的响声（强音），当LED绿灯亮时发出声调较高的响声（弱音），蜂鸣器和LED间有明显的同步关系，则蜂鸣器的具体实现为：将LED红灯信号与次高频信号相乘，将LED绿灯信号与高频信号相乘，再将两者相加，赋值给蜂鸣器。

实现语句可写为：clkf<=(clkr and clk250) or (clkg and clk500)三．仿真波形及波形分析1.分频波形分析此处的分频为与速率，节拍，节奏无关的分频。

从图中我们可以看出clk250是clk500的2分频，而clk5是clk250的50分频。

在仿真的后半部分，当reset输入为1时，clk250不再随clk500上升沿的到来而发生翻转，因为reset为1时，程序中令每一个用于记录翻转的信号temp为0，无法到达发生翻转的数值。

2.速率选择，节拍选择，节奏选择部分仿真对n（速率）的分析：从图中可以看出，n的初始值为40，输入信号tn为0时，n值保持不变；当输入信号tn为1且clk5的上升沿到来时，n的值加1。

当复位键信号reset为1时，n的值回复到默认设定值40。

从后半部分可以看出，当tn输入为1而clk5的时钟上升沿没到来的话，n的值不变。

对k（节拍）的分析：从图中可以看出，k的初始值为1，输入信号tk为0时，k值保持不变；当输入信号tk为1且clk5的上升沿到来时，k的值加1。

K的值在1到6间循环变换。

当复位键信号reset为1时，k的值回复到默认设定值1。

从后半部分可以看出，当tk输入为1而clk5的时钟上升沿没到来的话，k的值不变。

对j（节奏）的分析：从图中可以看出，j的初始值为1，输入信号tj为0时，j值保持不变；当输入信号tj为1且clk5的上升沿到来时，j的值加1。

j的值在1到6间循环变换。

当复位键信号reset为1时，j的值回复到默认设定值1。

从后半部分可以看出，当tj输入为1而clk5的时钟上升沿没到来的话，j的值不变。

总体分析：由于clk5信号的引入，按键输入实现的防抖的效果。

同时，clk5控制了速率，节拍，节奏的变化速度，当clk5取值5HZ的信号时，能够实现每秒变化5次的效果。

3.数码管显示部分仿真对c（数码管）的分析；c控制6个数码管的亮灭，且为低电平有效。

从图中可以看出，当clk250的上升沿到来的时候，c的值发生改变。

在此程序中，共使用5个数码管，当一个clk250的上升沿到来时，换一个数码管亮，数码管亮的次序为5->4->3->1->0，然后再循环。

由于每个数码管闪烁的频率为50hz，所以人眼无法分辨出来，实现每个管的稳定显示。

对单个数码管的分析：b控制单个数码管7个管脚的亮灭，且为高电平有效。