基于PS2的音乐发生器的设计实现

基于PS2的音乐发生器的设计实现

摘要：PS2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。音乐发生器是电子技术与音乐结合的产物，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。

关键词：电子技术；音乐发生器； ps2接口；模块；

Music Generator Based on the PS2

Author: Jie Zhang 2012043226

Abstract ：PS2 interface is an interface on a PC-compatible computer system that can be used to link the keyboard and mouse. PS2-based music generator is composed by PS2 interface module, DIP switch module, waveform generator module, cd4051 analog switch m odule, mode selection module, a low-pass filter module, operational amplifier, power amplifier circuit. PS2 keyboard or DIP switches control the music generator, the system receives serial data from PS2 keyboard, and turn them into parallel data then the different frequency waveform 555 produced is sent to a low-pass filter module and converted to a sine wave. Since the output amplitude is low, so the operational amplifier and a power amplifier amplifies it to drive the speakers.

Keywords： electronic technology; music generator; ps2 interface; module 0.引言

PS2接口是实现人机交互的重要途径。Ps2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。.本文提出了一种利用PS2接口电路控制并实现一个音乐发生器系统的方案。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。：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%。

1．基于PS2的音乐发生器的设计原理

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

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。

2.各个模块设计

2.1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2所示。

图2 拨码开关电路

2.2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3波形发生模块电路

2.3 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