数电实验简易电子琴的设计报告

数电实验简易电子琴的设计报告

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1、项目概况选题目的，为了进一步巩固之前学到的知识，将课本的知识结合趣味性，让自己得到更好的提高。项目构思，模型要做一个能成功实现的简易电子琴，包括按键按下后蜂鸣器会根据相应的频率准确发出相应音阶的声音，7段数码管会显示出按键的简谱，输出端H可以表示音的高低。要用到计数器，触发器分频器，7段数码显示器等元件。

2、方案设计系统框图为：系统简介如下：1、系统框图2、系统端口（2个输入口3个输出口）（1） CLK，频率1MHz。用于提供时钟脉冲信号。（2） DIN[7、、0]。琴键输入的8个音符，8位中只有一位是低电平即每次只能按一个键。（3） SPK。用于驱动蜂鸣器，输出频率fB与蜂鸣器发出的音调与电子琴各音阶基频有对应关系。（4） LED。接数码管，用于显示对应的简谱码，H显示音调高低。

3、工作原理（1）编码器CODE3。将输入的8位琴键信号进行编码，输出一个4位码，最多能对应16个音符（若有16个键）。按下的琴键的电平为低。例：8’b :

KEY<=4’b0001 输入第一位琴键“哆”此时编译成4位二进制数2^0=1 传入译码器INX2CODE。（2）译码器INX2CODE。将键盘输入的编码信号译码成数控分频器SPK0输出信号的频率控制字。例：1 ：

F_CODE <=11’H305 刚才编码器编码传入的琴键“哆”的1此时被译码为数控分频器SPK0的输出信号的频率控制字305H。（3） SPK0。计数器CNT11B是一个LPM宏模块，利用同步加载控制sload避免来自进位信号cout中可能的毛刺影响，反相器和D 触发器使得进位信号延迟半个时钟周期，过滤掉可能的毛刺，使得加载更加可靠。例：经过编译的305H被置入模块SPK0的11位可预置计数器中计数器不断以此值为计数起始值，直至全为1。以305H计数起始，计数器成为一个模为1270（7FFH-

305H=4F6H=1270）的计数器。从CLK端每输入1270个脉冲，BEEP 输出一个进位脉冲。CLK的输入频率是1MHz，BEEP输出的信号频率是1/(12701us)=787Hz，然而SPK0的输出信号经过一个D触发器接成的T’触发器后才输出给蜂鸣器。T’触发器一是作二分频器,二分频就是通过有分频作用的电路结构，在时钟每触发2个周期时，电路输出1个周期信号。此时预置的305H对应的蜂鸣器发音的基频FB约等于3

92、00Hz，二是作为占空比均衡电路，使得SPK0模块输出的功率极低脉款较窄无法驱动蜂鸣器的信号脉宽变均匀（FB占空比为50％）。附加T’触发器的知识点：

T’触发器又叫计数器在上升沿到来时实现对原状态的翻转实现计数，频率是时钟周期的一半实现二分频。（4） M_CODE。将CODE3的编码编译为简谱码传递给DCD7SG并且编译对应的音调高低值H。当音调为高的时候H输出为1，H接LED灯亮。1 ：

{CODE,H} <= {4’B0001,1’B0} ；按下“哆”，此时编码的键盘

按键为1，M_CODE将其编译为简谱码0001，H为0，低音调。

（5） DCD7SG。数码管7段显示译码器，将简谱码编译成数码管

的显示信号。类似于74LS48，其输出顺序为g-a。例：4’B0001 : LED <=7’B ; M_CODE编译出来的简谱码B0001在数码管7段（gfedcba)显示译码器中，bc为高电平，数码管显示出来“哆”

的简谱1。

3、设计与调试设计中存在的问题：1、因为自身基础较差

对计数器的功能理解不够在SPK0的部分存在毛刺影响。

解决办法：使用反相器和D触发器接在进位信号cout处，将cout延时半个时钟周期，使得加载更加可靠2、7段数码管显示出来的数字是镜像。

解决办法：显示器的abcdefg的高位低位弄错，应该为gfedcba。3、波形仿真时要一一音符验证，较为繁琐。

解决办法：将DIN和LED的count every设置为8、89 这样

就能在同一个页面中看出仿真的波形和对比结果以验证是否正

确。4．实验板子上的晶振是20MHz的，而实验需要1MHz调用PLL 模块，使其分频为1/20，如图仿真：将endtime设置为80usCLK

因为频率是1MHz所以周期是1、0us验证输入“哆” 手动将DIN

设置为仿真结果LED7段数码显示管（gfedcba= bc）显示出数字

1。H始终为低电平，显示为音调为低值。仿真波形如下：优势与

不足从低音阶到高音阶的波形如下所示，实现了按键后通过CODE

编码器将键盘按键信号通过INX2CODE的译码传递给SPK0再通过T’触发器将脉宽变均匀的信号传递给蜂鸣器实现音阶的发音，也实现了7段数码显示管显示按键键盘音符的简谱和用H来显示音调高低，如下图在音符上升为高音“哆”之前，H一直为低电平，在DIN为时，上升为高音“哆”，H为高电平，数码管显示为8。存在的优势是T’触发器的存在使得输出SPK更加稳定的驱动蜂鸣器，存在的不足是只将8位琴键信号进行编码最多只能对应16个音符。谢谢老师耐心看完