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：20120432

学号：20120432

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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。ＰＳ／２通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）同步，并通过Ｄａｔａ（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 T1T2R12R2Cln2

而f max261HZ,f min493HZ

输出脉冲占空比为

q T1T R1R2R12R2

将C=0.1uF, T=1/f, 得：

R12R2max55.3k,R12R2min29.3k

为使矩形板占空比尽量接近50%，我们取

R2为50k电位器,R1为1k

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模拟开关模块仿真结果

4.4低通滤波器模块

本模块，将波形发生模块产生的矩形波经过滤波后变为接近正弦波的波形。采用五阶无源低通滤波器电路图如图

图11低通滤波模块电路图

仿真输出波形如图