自动奏乐器2.doc

燕 山 大 学
EDA课程设计报告书

题目：自动奏乐器二

姓名：李云龙
班级：2008级计算机科学2班
学号：080104010056
成绩：

一．设计题目：
自动奏乐器二
二．题目要求：
1.开机能自动奏一个乐曲，并可以反复演奏；
2.速度可变。
1313 565- 6616 5---

6616 5531 2232 1---

3.附加：显示乐谱。
三 设计方案：
(1)、本实验时钟信号CP1采用23.438KHZ(jpin1模块)，实验箱给出的高频信号降为可用的低频信号，以实现乐谱的正常奏乐。
（2）、CP2采用11.719KHZ用于实现六个音符的分频（见mokuai3模块）。
（3）、为实现变速奏乐在模块1(jpin1)中加入了一个SP信号（在实验箱上由按键来实现）。
（4）、为实现自动奏乐，模块2中置有一个有两个74161组成的32进制的计数器，用于乐谱中32个音符状态的顺序输出。
（5）、为使音乐有节奏感，模块2中还装有一个ydyin（延音断音）模块，用于实现断音和延音的产生。
（6）、使用74151数据选择器为了实现六个音符的输出和显示选择。
（7）、使用7449电路实现音符的显示。
四、设计说明
电路总图：

仿真图：

模块一（jpin1模块）
电路图：

仿真图：

功能：降频和实现变速。
设计原理：由实验箱给出一个高频的信号，而要演奏音乐则降低为低频，设计的电路由计数器的分频作用来实现降频，电路中用两个74160设计了两个不同进制的计数器，数制分别为92进制和65进制。变速演奏则是由SP这个高低电平信号来控制实现的，当SP＝1时65进制计数器有效，92进制计数器则不工作，音乐的演奏速度为快速；当SP=0时92进制计数器有效，演奏速度为慢速，从而实现了变速演奏。
2、模块二（mokuai2）：
电路图：

仿真图：

将abc->Enter Group之后

功能：
实现延音和断音，实现乐谱中32个状态（音符）的循环。
设计原理：
断音是指两个音符之间的空一拍，而延音则表示两个音符之间
无空拍。
（1）：ydyin模块：
电路图如下：

设计原理：
断音的实现：主要由一个74160构成的八进制计数器实现，计数器ABCD端置0，计数器初时状态为0，开始计数，计到第七个CP信号完成时置数端有效，计数器回到初时状态0。与此同时，计数器也给OUT1端一个低电平，因此，在8个输入CP中前7个CP周期内OUT1输出为高电平，第八个CP信号为低，从而实现了断音的演奏。
延音的实现：输出端OUT2、OUT3、OUT4、OUT5均是用于延音的实现。下面以OUT2为例说明其工作原理。
图中Q0~Q4为乐谱上32个音符的状态编码输出。
OUT2实现乐谱上第七个音符 5－ 的延音，为此在电路循环到此状态时，由一个五输入端的与门给出一个高电平给OUT2,然后把OUT2和OUT1相与起来，从而将OUT1产生的断音屏蔽掉了，实现了延音的输出，见下面的仿真图所示。
OUT3、OUT4、OUT5组合起来使用用于实现乐谱上第13个和第29个状态延音的实现，注意这里有三个延音，故而分别在三个连续的状态上使用了OUT3、OUT4、OUT5 ，其他的原理与OUT2一致。
仿真图

（2）：音符的循环输出控制则是由门电路来实现的（见模块图）。
YDYIN模块输出了Q0~Q4五个乐谱状态编码，而在下一模块使用的是A、B、C三个地址编码，为此要找出ABC和Q0~Q4的关系，从而用Q0~Q4表示出ABC。乐谱中各个音符(共六个)的ABC地址编码设定如下：
写出32个状态分别对应的Q0~Q4状态编码和ABC地址编码。
表1
音符
A
B
C
十进制表示
1
0
0
1
1
2
0
1
0
2
3
0
1
1
3
5
1
0
1
5
6
1
1
0
6
i
0
0
0
0
写出32个状态分别对应的Q0~Q4状态编码和ABC地址编码，找出他们的关系，写出表达式。
用断音延音模块的五个输出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0来确定C、Ｂ、Ａ的状态，获得时序电路。
(3)C B A三端所对应的音调：

音调
CBA
高音1
000
1
001
2
010
3
011
5
101
6
110

Q2Q1Q0
Q4Q3
000
001
011
010
110
111
101
100
00
001
011
001
101
101
101
110
101
01
110
110
110
000
101
101
101
101
11
010
010
010
011
001
001
001
001
10
110
110
110
000
011
001
101
101
(4)用卡诺图画出关系式，连好电路图，输出CBA端。
Q4Q3Q2Q1Q0/CBA
当Q0=0时：
C=Q2+Q3+Q4
B=Q3+Q4+Q4Q3+Q4Q2Q1
A=+Q2+Q4Q3Q1
当Q0=1时：
C=Q2+Q3+Q4+Q2
B=+
A=+Q2Q1+Q3Q2+Q4Q2

3、模块三（分频模块mokuai3）
电路图如下：

功能：产生六个音符的对应的频率。
设计说明：
电路中由六个独立的模块分别用于实现六个音符的频率产生，这里以模块Y2为例说明其原理。

设计说明：
电路图主要由两个74160组成一个41进制的计数器，当输入CP出入了41周期最后，输出Y才由一个输出高电平，这样便实现了41进制的分频，从而将给定的11.719KHZ的高频分2成音的频率293.66HZ。
下面给出了个音符对应的频率和对应的分频数：
表2
音符
频率（Hz）
分频数
i
261.63*2
23
6
440.00
27
5
392.00
31
3
329.63
36
2
293.66
41
1
261.63
46
4、音符的输出和显示（图见总图）
音符的输出
音符的输出主要由一个74151数据选择器来实现的，ABC是数据选择器的地址编码。个音符对应的编码见表1，这样就由数据选择器选择输出每个确定状态对应的音符。
音符的显示
显示主要是通过7449来实现的，这里重点说一下BIN这个使能端，开始是将其接为高电平，结果发现在ABC均无信号输入时，数码管的显示不确定，后来查看其真值表才发现应当将ABC相或之后接回BIN，这样便能到达目的了。

五 硬件调试：
软件仿真正确后，基本上说明所设计的电路是正确的。为了进一步证明电路的正确性，进行硬件仿真，即将我们设计的电路下载到可编程逻辑器件中去，并加上相应的外部电路和连线，来对所设计的电路的功能进行验证。具体操作如下：
1、打开文件图标，选中“main.gdf”文件，然后单击〈OK〉，进入图形编辑程序，main .gdf文件中的内容将出现在工作区中。
2、选定设备型号。<Assign〉—〉〈Device…〉，将出现“Device”对话框，选择被编程的器件是“FLEX10K”单击〈OK〉返回编辑界面。
3、选定引脚。依次用鼠标右键单击各个引脚（包括输入和输出引脚），在弹出的菜单中选〈Assign〉—〉〈Pin/Location/Chip…〉，将出现“Pin/Location/Chip”对话框。
4、单击保存&编译图标，再对电路进行编译一次。注：在设计过程中，设计的每次改变后，一定要重新编译一次，哪怕是微小的改变。
5、编程。单击编程图标，出现“Programmer”界面，单 击〈JTAG〉—〉〈Multi-device JTAG Chain Setup…〉，将会弹出“Multi-Device JTAG Chain Setup”对话框，在“Device Name：”中选择“EPF10K10”。单击〈Add〉按钮。
6、下载。下载电缆通过计算机的并口将计算机和实验箱连接起来。然后打开实验箱电源。单击〈Detect JTAG Chain Info〉按钮，编程准备工作就绪。单击〈Save JCF…〉按钮，出现“Save JCF”对话框。保留软件给出的文件名不变，单击〈OK〉，返回“Multi-Device JTAG Chain Setup”对话框。单击〈Configure〉按钮，屏幕将显示编程的进程。最后显示编程成功。
7、连线。关实验箱电源，用导线将各个信号连好。确认无误后，打开电源。在实验箱上进行实验验证（即硬件仿真）。
经过连线、下载、调试，最终产生了需要的音乐。
六 心得体会：
在这两周的实习过程中，开始我对题目感到非常茫然，之后与同学讨论，征求老师意见，思路才渐渐明了，这个过程很值得回味。在实验过程中遇到不懂的问题时，我会找同学讨论，自己看书学习，有时也请老师指点迷津。这让我学会了善于思考，发现问题，解决问题。
这个实习的过程我不仅基本掌握了软件MAX+plus II和EL数字试验箱的使用，更进一步加深了对数字电子知识的理解，经过自己实际的分析、思考、设计、调试、运行，让我明白了实际操作与理论知识之间的差距。实践是检验真理的唯一标准，从课本上学到的知识只有在实践中被灵活运用后，才能深刻理解，并完全掌握。
随着电子技术应用的普及和电子系统设计复杂程度的不断增加，迫切需要更快速、有效的电子设计自动化，EDA能利用计算机的优势，快速，高效地开发和研制电子产品，缩短产品的开发时间，成为社会发展的必然趋势。
感谢老师给了我一次实践的机会，使我可以把学到的理论知识应用于实际。通过这次设计，我充分的认识到了自己在数字技术学习上的不足，对以前学过的知识有了更加深刻的认识，并且学到了许多书本上没有的知识。在设计电路的过程中我遇到了不少的麻烦，但通过自己的努力和老师，同学的帮助，最终都被解决了。最重要的是这次EDA课程设计培养了我们严谨的科学态度，让我在今后中更有效率的学习和工作。