EDA課程設計報告書--八音電子琴

1、.燕 山 大 學EDA課程設計報告書題目： 八音電子琴 姓名： 張永義 班級：11級電子卓越（試點） 學號： 110104090005 學院：信息科學與工程學院 日期： 2013-11-12 指導教師： 常丹華 成績： 一、設計題目及要求1設計題目 八音電子琴2設計要求 （1）能發(fā)出1，2，3，4，5，6，7，1八個音。（2）用按鍵作為鍵盤。（3）C調到B調對應頻率為。調頻率（Hz）（高音）261.63*2B493.88A440.00G392.00F349.23E329.63D293.66C261.63二、設計過程及內容（包括總體設計的文字描述，即由哪幾個部分構成的，各個部分的功能及如何實現(xiàn)方

2、法；主要模塊比較詳盡的文字描述，并配以必要的圖片加以說明，但圖片數(shù)量無需太多）1.命題分析根據(jù)命題的要求,要使揚聲器發(fā)音,需要在其輸入信號端連接一個對應頻率的方波信號.實驗使用的信號源可以提供從幾Hz到幾MHz不等的信號頻率,自然可以想到本實驗命題的關鍵是一個具有相應分頻比的分頻器?？紤]到硬件(按鈕)在實際工作過程中會因元件的接觸產生一些不可避免的抖動脈沖電平,會對實驗造成影響,因此需要在按鍵接入線路中安裝防抖動電路。分頻器連接完成后會產生一個預定頻率的周期脈沖.但是實驗要求的方波其占空比應該為1:1,因此在輸出脈沖端加裝一個T觸發(fā)器,每次脈沖到達觸發(fā)器的時候輸出便會跳變電平,這就達到了驅動揚

3、聲器的條件。2.模塊組成（1）模塊一：防抖電路模塊。作用：用來消除在按鍵接入線路時不可避免抖動脈沖電平對試驗造成的影響。（2）模塊二：分頻器模塊。作用：將高頻時鐘信號轉化為試驗所需要的低頻時鐘信號。（3）模塊三：利用T觸發(fā)器實現(xiàn)占空比的改變，使輸出方波占空比為1:1。3.原理概述總的電路圖如圖1所示：圖1八音電子琴總圖已知實驗箱上的按鈕是常態(tài)輸出為高電平，按下輸出為低電平，所以在八個按鈕接口的后面分別接入非門，實現(xiàn)常態(tài)輸出為低電平，按下輸出為高電平。在其后接入或門，使?jié)M足至少一個按鈕輸入高電平時，就能控制揚聲器發(fā)音，再T觸發(fā)器的輸出端和或門的輸出端接與門，以此來實現(xiàn)相應的按鈕來控制相應頻率的音

4、階通過揚聲器發(fā)音。經(jīng)過防抖動模塊,將抖動的電平濾去,得到穩(wěn)定地輸入,然后驅動分頻器輸出相應的頻率， 經(jīng)過D觸發(fā)器去除尖峰脈沖，產生一個預定頻率的周期脈沖。但是實驗要求的方波其占空比應該為1:1,因此在輸出脈沖端加裝一個T觸發(fā)器,每次脈沖到達觸發(fā)器的時候輸出便會跳變電平,這就達到了驅動揚聲器的條件.但是在應用了T觸發(fā)器后輸出方波的周期比預定的擴大了一倍,也就是說頻率減至原來的二分之一.此時應重新選擇時鐘信號,令其為原來2倍即可.根據(jù)實驗指導書,最終確定選擇的時鐘信號為23.438KHz 。4.具體原理實現(xiàn)(1)防抖動電路由于是用按鍵作為鍵盤來驅動，在實際操作中會產生抖動脈沖，給實驗造成影響，所以

5、必須在電路中加入防抖動電路（D觸發(fā)器）。D觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)器,只在上升沿跳變,從而濾去后面抖動的電平，利用D觸發(fā)器的電壓跟隨特性，給定觸發(fā)器的周期大于操作者手抖動的周期，從而在這一周期內保持信號不變，從而達到防抖動的效果。本模塊選擇的是clk1/14，366Hz的頻率作為防抖電路中D觸發(fā)器的時鐘脈沖。防抖動電路如圖2所示：圖2防抖電路圖其波形圖如圖3所示：圖3 防抖電路仿真波形(2)分頻器音頻率Hz進制數(shù)G1261.63*223438261.63*22=227493.8823438493.882=246440.0023438440.002=275392.0023438392.002=3043

6、49.2323438349.232=343329.6323438329.632=362293.6623438293.662=401261.6323438261.632=45計數(shù)器有分頻的作用，N進制的計數(shù)器的進位輸出信號的頻率就為時鐘頻率的N分之一。所以分頻器的作用就是把高頻時鐘頻率轉化為低頻音調頻率。DO音45進制分頻器如圖RE音對應40進制分頻器如下圖,其中20進制分頻器是作為選通脈沖消除尖峰脈沖MI音對應36進制分頻器如下圖FA音對應34進制分頻器如下圖SO音對應30進制分頻器如下圖,其中15進制分頻器作為選通脈沖消除尖峰脈沖LA音對應27進制分頻器如下圖XI音對應24進制分頻器如下圖D

7、O（高）音對應22進制分頻器如下圖(3)T觸發(fā)器調節(jié)占空比 關于T觸發(fā)器，起到脈沖翻轉作用。當有上升沿時信號便改變一次狀態(tài)。T觸發(fā)器的初始狀態(tài)設為VCC高電平。其電路圖為：5.電路組合將設計好的分頻模塊與防抖模塊，加上必要的或門，與門連接成如圖1所示的電路圖，其中總有10個輸入端和1個輸出端。輸入端中有:CLK是分頻部分的時鐘信號，是電路的主頻率，使用實驗箱上的23.438KHz。CLKD1是防抖電路的驅動頻率，要求不高，所以選擇實驗箱上的366Hz。1G1是八個按鈕的輸入接口，常態(tài)是高電平，按下是低電平，且依次是從低音到高音。MUSIC是整個電路的輸出端，接入揚聲器，發(fā)出聲音。6.總電路波形

8、仿真DO音對應的周期為3.843msRE音對應的周期為3.39msMI音對應的周期為3.07msFA音對應的周期為2.90msSO音對應的周期為2.54msLA音對應的周期為2.30msXI音對應的周期為2.04msDO（高）音對應的周期為1.89ms7硬件測試 將電路原理圖下載到可編程邏輯器件中，并連好接線和外部電路，用實驗箱進行測試，實驗結果符合要求，在按不同的按鈕時，很清楚地聽到了八個不同的音階。三、設計結論（包括設計過程中出現(xiàn)的問題；對EDA課程設計感想、意見和建議） 剛拿到題目的時候，沒什么頭緒，不知道從那里入手，經(jīng)過和同學的討論以及查閱各種資料之后，終于有了想法。本實驗的本質就是將

9、實驗箱所能提供的信號頻率通過分頻得到DO，RE，MI，F(xiàn)A，SO，LA，XI，DO（高）八種聲音頻率，因此分頻器便是此實驗的關鍵。選擇合適的信號源，通過74160及74161做成8個分頻器，得到8種聲音頻率，再與揚聲器相連發(fā)音。1設計過程中出現(xiàn)的問題（1）分頻電路RE和SO的輸出存在競爭及冒險現(xiàn)象，出現(xiàn)了尖峰毛刺，因此應將其除去。因為他們分別為40進制和30進制分頻器，所以我采用20進制分頻器和15進制分頻器作為選通脈沖消除尖峰脈沖。（2）在電路圖設計完畢進行仿真時，輸出波形中出現(xiàn)了毛刺，通過在分頻電路后接入D觸發(fā)器使問題得到解決。（3）將電路下載到可編程邏輯器件后，用試驗箱進行測試時出現(xiàn)了這樣的問題：按鍵不靈活，有時一直響，有時不響，經(jīng)過反復拆裝線路，發(fā)現(xiàn)時鐘信號接觸不良，更換導線后得到正確的結果。2.感想這次EDA設計收獲很大,不僅開闊了思路，發(fā)現(xiàn)很多現(xiàn)實生活中的信號都可以通過頻率或其他的特征來轉變?yōu)閿?shù)字信號，從而達到仿真效果，而且鞏固了數(shù)電知識，使所學的數(shù)電知識在實際中得到應用。例如邊沿觸發(fā)器能夠增強抗干擾能力在防抖電