数电实验简易电子琴的设计优质报告.docx

简易电子琴设计

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一、 项目概况
选题目标，为了深入巩固之前学到知识，将书本知识结合趣味性，让自己得到愈加好提升。
项目构思，模型要做一个能成功实现简易电子琴，包含按键按下后蜂鸣器会依据对应频率正确发出对应音阶声音，7段数码管会显示出按键简谱，输出端H能够表示音高低。要用到计数器，触发器分频器，7段数码显示器等元件。

二、 方案设计
系统框图为：系统介绍以下：
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和蜂鸣器发出音调和电子琴各音阶基频有对应关系。
（4） LED。接数码管，用于显示对应简谱码，H显示音调高低。
3.工作原理
（1）编码器CODE3。将输入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）。按下琴键电平为低。
例：
8’b11111110 : 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。将键盘输入编码信号译码成数控分频器SPK0输出信号频率控制字。
例：
1 ： F_CODE <= 11’H305
刚才编码器编码传入琴键“哆” 1此时被译码为数控分频器SPK0输出信号频率控制字305H。
（3） SPK0。计数器CNT11B是一个LPM宏模块，利用同时加载控制sload避免来自进位信号cout中可能毛刺影响，反相器和D触发器使得进位信号延迟半个时钟周期，过滤掉可能毛刺，使得加载愈加可靠。
例：
经过编译305H被置入模块SPK011位可预置计数器中计数器不停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）计数器。从CLK端每输入1270个脉冲，BEEP输出一个进位脉冲。CLK输入频率是1MHz，BEEP输出信号频率是1/(12701us)=787Hz，
然而SPK0输出信号经过一个D触发器接成T’触发器后才输出给蜂鸣器。T’触发器一是作二分频器,二分频就是经过有分频作用电路结构，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305H对应蜂鸣器发音基频FB约等于392.00Hz，二是作为占空比均衡电路，使得SPK0模块输出功率极低脉款较窄无法驱动蜂鸣器信号脉宽变均匀（FB占空比为50％）。
附加T’触发器知识点：
T’触发器又叫计数器在上升沿到来时实现对原状态翻转实现计数，频率是时钟周期二分之一实现二分频。
（4） M_CODE。将CODE3编码编译为简谱码传输给DCD7SG而且编译对应音调高低值H。当音调为高时候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显示信号。类似于74LS48，其输出次序为g-a。

例：
4’B0001 : LED <= 7’B0000110 ;
M_CODE编译出来简谱码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”简谱1。

三、 设计和调试
设计中存在问题：
1. 因为本身基础较差对计数器功效了解不够在SPK0部分存在毛刺影响。
处理措施：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，使得加载愈加可靠

2. 7段数码管显示出来数字是镜像。
处理措施：显示器abcdefg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。
处理措施：将DIN和LEDcount every设置为8.89 这么就能在同一个页面中看出仿真波形和对比结果以验证是否正确。

4．试验板子上晶振是20MHz，而试验需要1MHz
调用PLL模块，使其分频为1/20，图

仿真：
将endtime设置为80us
CLK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11111110
仿真结果LED7段数码显示管（gfedcba=0000110 bc）显示出数字1。H一直为低电平，显示为音调为低值。
仿真波形以下：

优势和不足

从低音阶到高音阶波形以下所表示，实现了按键后经过CODE编码器将键盘按键信号经过INX2CODE译码传输给SPK0再经过T’触发器将脉宽变均匀信号传输给蜂鸣器实现音阶发音，也实现了7段数码显示管显示按键键盘音符简谱和用H来显示音调高低，以下图在音符上升为高音“哆”之前，H一直为低电平，在DIN为01111111时，上升为高音“哆”，H为高电平，数码管显示为8。
存在优势是T’触发器存在使得输出SPK愈加稳定驱动蜂鸣器，存在不足是只将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