EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)--八音電子琴

1、.燕 山 大 學(xué)EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目： 八音電子琴 姓名： 張永義 班級(jí)：11級(jí)電子卓越（試點(diǎn)） 學(xué)號(hào)： 110104090005 學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 日期： 2013-11-12 指導(dǎo)教師： 常丹華 成績(jī)： 一、設(shè)計(jì)題目及要求1設(shè)計(jì)題目 八音電子琴2設(shè)計(jì)要求 （1）能發(fā)出1，2，3，4，5，6，7，1八個(gè)音。（2）用按鍵作為鍵盤(pán)。（3）C調(diào)到B調(diào)對(duì)應(yīng)頻率為。調(diào)頻率（Hz）（高音）261.63*2B493.88A440.00G392.00F349.23E329.63D293.66C261.63二、設(shè)計(jì)過(guò)程及內(nèi)容（包括總體設(shè)計(jì)的文字描述，即由哪幾個(gè)部分構(gòu)成的，各個(gè)部分的功能及如何實(shí)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(shuō)明，但圖片數(shù)量無(wú)需太多）1.命題分析根據(jù)命題的要求,要使揚(yáng)聲器發(fā)音,需要在其輸入信號(hào)端連接一個(gè)對(duì)應(yīng)頻率的方波信號(hào).實(shí)驗(yàn)使用的信號(hào)源可以提供從幾Hz到幾MHz不等的信號(hào)頻率,自然可以想到本實(shí)驗(yàn)命題的關(guān)鍵是一個(gè)具有相應(yīng)分頻比的分頻器?？紤]到硬件(按鈕)在實(shí)際工作過(guò)程中會(huì)因元件的接觸產(chǎn)生一些不可避免的抖動(dòng)脈沖電平,會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響,因此需要在按鍵接入線路中安裝防抖動(dòng)電路。分頻器連接完成后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定頻率的周期脈沖.但是實(shí)驗(yàn)要求的方波其占空比應(yīng)該為1:1,因此在輸出脈沖端加裝一個(gè)T觸發(fā)器,每次脈沖到達(dá)觸發(fā)器的時(shí)候輸出便會(huì)跳變電平,這就達(dá)到了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)

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(lái)消除在按鍵接入線路時(shí)不可避免抖動(dòng)脈沖電平對(duì)試驗(yàn)造成的影響。（2）模塊二：分頻器模塊。作用：將高頻時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)所需要的低頻時(shí)鐘信號(hào)。（3）模塊三：利用T觸發(fā)器實(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)按鈕接口的后面分別接入非門，實(shí)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(gè)按鈕輸入高電平時(shí)，就能控制揚(yáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的按鈕來(lái)控制相應(yīng)頻率的音

4、階通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)音。經(jīng)過(guò)防抖動(dòng)模塊,將抖動(dòng)的電平濾去,得到穩(wěn)定地輸入,然后驅(qū)動(dòng)分頻器輸出相應(yīng)的頻率， 經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器去除尖峰脈沖，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定頻率的周期脈沖。但是實(shí)驗(yàn)要求的方波其占空比應(yīng)該為1:1,因此在輸出脈沖端加裝一個(gè)T觸發(fā)器,每次脈沖到達(dá)觸發(fā)器的時(shí)候輸出便會(huì)跳變電平,這就達(dá)到了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的條件.但是在應(yīng)用了T觸發(fā)器后輸出方波的周期比預(yù)定的擴(kuò)大了一倍,也就是說(shuō)頻率減至原來(lái)的二分之一.此時(shí)應(yīng)重新選擇時(shí)鐘信號(hào),令其為原來(lái)2倍即可.根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),最終確定選擇的時(shí)鐘信號(hào)為23.438KHz 。4.具體原理實(shí)現(xiàn)(1)防抖動(dòng)電路由于是用按鍵作為鍵盤(pán)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際操作中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)脈沖，給實(shí)驗(yàn)造成影響，所以

5、必須在電路中加入防抖動(dòng)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(dòng)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(dòng)的周期，從而在這一周期內(nèi)保持信號(hào)不變，從而達(dá)到防抖動(dòng)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(shí)鐘脈沖。防抖動(dòng)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(jìn)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(jì)數(shù)器有分頻的作用，N進(jìn)制的計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出信號(hào)的頻率就為時(shí)鐘頻率的N分之一。所以分頻器的作用就是把高頻時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)化為低頻音調(diào)頻率。DO音45進(jìn)制分頻器如圖RE音對(duì)應(yīng)40進(jìn)制分頻器如下圖,其中20進(jìn)制分頻器是作為選通脈沖消除尖峰脈沖MI音對(duì)應(yīng)36進(jìn)制分頻器如下圖FA音對(duì)應(yīng)34進(jìn)制分頻器如下圖SO音對(duì)應(yīng)30進(jìn)制分頻器如下圖,其中15進(jìn)制分頻器作為選通脈沖消除尖峰脈沖LA音對(duì)應(yīng)27進(jìn)制分頻器如下圖XI音對(duì)應(yīng)24進(jìn)制分頻器如下圖D

7、O（高）音對(duì)應(yīng)22進(jìn)制分頻器如下圖(3)T觸發(fā)器調(diào)節(jié)占空比 關(guān)于T觸發(fā)器，起到脈沖翻轉(zhuǎn)作用。當(dāng)有上升沿時(shí)信號(hào)便改變一次狀態(tài)。T觸發(fā)器的初始狀態(tài)設(shè)為VCC高電平。其電路圖為：5.電路組合將設(shè)計(jì)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(gè)輸入端和1個(gè)輸出端。輸入端中有:CLK是分頻部分的時(shí)鐘信號(hào)，是電路的主頻率，使用實(shí)驗(yàn)箱上的23.438KHz。CLKD1是防抖電路的驅(qū)動(dòng)頻率，要求不高，所以選擇實(shí)驗(yàn)箱上的366Hz。1G1是八個(gè)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(gè)電路的輸出端，接入揚(yáng)聲器，發(fā)出聲音。6.總電路波形

8、仿真DO音對(duì)應(yīng)的周期為3.843msRE音對(duì)應(yīng)的周期為3.39msMI音對(duì)應(yīng)的周期為3.07msFA音對(duì)應(yīng)的周期為2.90msSO音對(duì)應(yīng)的周期為2.54msLA音對(duì)應(yīng)的周期為2.30msXI音對(duì)應(yīng)的周期為2.04msDO（高）音對(duì)應(yīng)的周期為1.89ms7硬件測(cè)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(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合要求，在按不同的按鈕時(shí)，很清楚地聽(tīng)到了八個(gè)不同的音階。三、設(shè)計(jì)結(jié)論（包括設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題；對(duì)EDA課程設(shè)計(jì)感想、意見(jiàn)和建議） 剛拿到題目的時(shí)候，沒(méi)什么頭緒，不知道從那里入手，經(jīng)過(guò)和同學(xué)的討論以及查閱各種資料之后，終于有了想法。本實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)就是將

9、實(shí)驗(yàn)箱所能提供的信號(hào)頻率通過(guò)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(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。選擇合適的信號(hào)源，通過(guò)74160及74161做成8個(gè)分頻器，得到8種聲音頻率，再與揚(yáng)聲器相連發(fā)音。1設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題（1）分頻電路RE和SO的輸出存在競(jìng)爭(zhēng)及冒險(xiǎn)現(xiàn)象，出現(xiàn)了尖峰毛刺，因此應(yīng)將其除去。因?yàn)樗麄兎謩e為40進(jìn)制和30進(jìn)制分頻器，所以我采用20進(jìn)制分頻器和15進(jìn)制分頻器作為選通脈沖消除尖峰脈沖。（2）在電路圖設(shè)計(jì)完畢進(jìn)行仿真時(shí)，輸出波形中出現(xiàn)了毛刺，通過(guò)在分頻電路后接入D觸發(fā)器使問(wèn)題得到解決。（3）將電路下載到可編程邏輯器件后，用試驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了這樣的問(wèn)題：按鍵不靈活，有時(shí)一直響，有時(shí)不響，經(jīng)過(guò)反復(fù)拆裝線路，發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)接觸不良，更換導(dǎo)線后得到正確的結(jié)果。2.感想這次EDA設(shè)計(jì)收獲很大,不僅開(kāi)闊了思路，發(fā)現(xiàn)很多現(xiàn)實(shí)生活中的信號(hào)都可以通過(guò)頻率或其他的特征來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而達(dá)到仿真效果，而且鞏固了數(shù)電知識(shí)，使所學(xué)的數(shù)電知識(shí)在實(shí)際中得到應(yīng)用。例如邊沿觸發(fā)器能夠增強(qiáng)抗干擾能力在防抖電