可編程電子音樂演奏電路(LU)

1、 電子電路課程設計電子電路課程設計 可編程電子音樂自動演奏電路可編程電子音樂自動演奏電路盧慶莉盧慶莉 編寫編寫一、課程概況簡介一、課程概況簡介二二、課題技術指標課題技術指標三三、設計提示設計提示四四、預習要求預習要求主要授課內容主要授課內容: :一、課程概況簡介一、課程概況簡介課程名稱課程名稱: : 電子電路課程設計電子電路課程設計 （3232學時，兩周）學時，兩周） 課程性質課程性質: : 必修必修 （2 2學分）學分）教教 材材: :電子電路課程設計電子電路課程設計教學目的教學目的: :1.1.提高模擬電路、數(shù)字電路理論和實驗的綜合能力。提高模擬電路、數(shù)字電路理論和實驗的綜合能力。2.2.

2、掌握綜合型電子電路的設計、裝配和調測方法。掌握綜合型電子電路的設計、裝配和調測方法。3.3.掌握電子元器件資料和電路資料的檢索方法。掌握電子元器件資料和電路資料的檢索方法。4.4.提高設計報告的撰寫能力。提高設計報告的撰寫能力。5.5.全面培養(yǎng)學生科技工作素質。全面培養(yǎng)學生科技工作素質。教學進程：教學進程：1. 1. 設計要求和提示設計要求和提示（在實驗室教師授課，半天）（在實驗室教師授課，半天）查閱資料、設計電路查閱資料、設計電路（同學獨立完成，（同學獨立完成，1 1天半）天半）。2. 2. 講述裝配方法和調測要求講述裝配方法和調測要求（2 2學時）學時）。3. 3. 調測調測（第一周星期三

3、至第二周星期三）（第一周星期三至第二周星期三）。 4. 4. 驗收驗收（第一周星期三至第二周星期四）（第一周星期三至第二周星期四）。5. 5. 撰寫報告撰寫報告（第二周星期五）（第二周星期五）、講評、收尾。、講評、收尾。教學方法：教學方法：1. 1. 教法：教法： 在實驗室集中，分在實驗室集中，分3 3次講解。次講解。 * 電路設計提示。電路設計提示。 * 裝配要求、調測方法。裝配要求、調測方法。 * 實驗報告撰寫要求。實驗報告撰寫要求。 輔導實驗、最后逐一驗收。輔導實驗、最后逐一驗收。2. 2. 學習方法：學習方法： * 認真自學認真自學電子電路課程設計電子電路課程設計相關章節(jié)。相關章節(jié)。

4、* 獨立完成設計。獨立完成設計。 * 獨立裝配、調測、撰寫設計報告獨立裝配、調測、撰寫設計報告 。課程紀律：課程紀律：1. 缺少實驗達三分之一以上無成績，必須重修。缺少實驗達三分之一以上無成績，必須重修。2. 設計報告必須手寫，不得用打印機打印。設計報告必須手寫，不得用打印機打印。3. 預習報告和設計報告抄襲他人者，報告成績預習報告和設計報告抄襲他人者，報告成績按按0 0分論處。分論處。4. 遲到、早退遲到、早退3 3次成績降檔。次成績降檔。成績評定：成績評定：1. 評分項目：預習報告、裝配水平、調測水平、評分項目：預習報告、裝配水平、調測水平、完成指標、報告。完成指標、報告。 2. 成績分檔

5、：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及成績分檔：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格、不及格必須重修，沒有補考。格、不及格必須重修，沒有補考。二、二、 課題技術指標課題技術指標2.1 2.1 設計課題名稱設計課題名稱 可編程電子音樂自動演奏電路可編程電子音樂自動演奏電路2.2 2.2 技術指標技術指標( (見教材見教材) ) 1 1、系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)功能要求 可編程電子音樂自動演奏電路可以通過開關選可編程電子音樂自動演奏電路可以通過開關選擇預先設定好的音樂曲目，曲目選定后則自動演擇預先設定好的音樂曲目，曲目選定后則自動演奏所選曲目。奏所選曲目。2 2、系統(tǒng)結構要求、系統(tǒng)結構要求 可編程電子音樂演奏電路的系

6、統(tǒng)結構要求如圖可編程電子音樂演奏電路的系統(tǒng)結構要求如圖1 1所示。圖中所示。圖中K1K1用于選擇預先設置在電路中的樂曲，用于選擇預先設置在電路中的樂曲，選中某一樂曲后對應的發(fā)光二極管亮，音樂演奏電選中某一樂曲后對應的發(fā)光二極管亮，音樂演奏電路反復自動演奏所選的樂曲，經功率放大后由喇叭路反復自動演奏所選的樂曲，經功率放大后由喇叭播出，直至選中下一首為止。播出，直至選中下一首為止。3 3、基本技術指標、基本技術指標（1 1）樂曲要求）樂曲要求 樂曲數(shù)目樂曲數(shù)目3 3首。首。 每首樂曲長度每首樂曲長度2020S S3030S S。 所選擇的樂曲應在所選擇的樂曲應在4 4個個8 8度內，以第度內，以第

7、6 6個個8 8度度作為最高的作為最高的8 8度。度。 樂曲演奏速度為樂曲演奏速度為100100拍拍/min /min 120120拍拍/min/min。（2 2）演奏要求）演奏要求 用用1 1個自復鍵個自復鍵K K1 1選擇所需的樂曲，用選擇所需的樂曲，用3 3個個LEDLED表示選中對應樂曲，當表示選中對應樂曲，當3 3個個LDELDE均不亮時，表示沒有選中，電路沒有樂均不亮時，表示沒有選中，電路沒有樂曲輸出。曲輸出。 一旦選中某一首樂曲，電路將自動一旦選中某一首樂曲，電路將自動循環(huán)放送所選的樂曲。循環(huán)放送所選的樂曲。（3 3）電氣指標）電氣指標音頻功放輸入為方波。音頻功放輸入為方波。音階

8、頻率誤差音階頻率誤差E5E5生。生。負載（喇叭）阻抗為負載（喇叭）阻抗為8 8，功率為，功率為1/8W1/8W（也可采用蜂鳴器）。（也可采用蜂鳴器）。輸出音量可調。輸出音量可調。4 4、選做指標、選做指標 加入顫音效果。加入顫音效果。5 5、設計條件、設計條件 電源條件：使用電源條件：使用+5V+5V電源。電源。 電路設計不允許采用試湊法，必須采用電路設計不允許采用試湊法，必須采用系統(tǒng)設計方法畫出算法流程圖、系統(tǒng)設計方法畫出算法流程圖、ASMASM圖，并圖，并依照依照ASMASM圖設計處理器和控制器。圖設計處理器和控制器。 加入節(jié)拍的強弱變化。加入節(jié)拍的強弱變化。序號序號元件型號元件型號數(shù)量數(shù)

9、量序號序號元件型號元件型號數(shù)量數(shù)量1 11/8W 1/8W 喇叭喇叭1 1111174161 74161 2 22 2LED LED 發(fā)光二極管發(fā)光二極管3 3121274163741632 23 310K10K電位器電位器1 1131374393743931 14 4740074001 1141474174 74174 1 15 5740474041 11515GAL 16V8GAL 16V81 16 6742074201 1161628C64B28C64B1 17 7747474742 21717LM555LM5552 28 874132(74132(或或7414)7414)1 11818

10、單刀單位自復單刀單位自復開關開關1 19 974138741381 11919分立元件自備分立元件自備101074153741531 12020特需元件臨時特需元件臨時領用領用2121LM386LM3861 1 6 6、元件清單、元件清單 三、設計提示三、設計提示 1 1、電子樂器信號的簡述電子樂器信號的簡述 電子樂器是一種應用電子技術模仿各種樂電子樂器是一種應用電子技術模仿各種樂器的聲音（例如，鋼琴、笛子、提琴、鑼鼓等）器的聲音（例如，鋼琴、笛子、提琴、鑼鼓等）的樂器。模仿各種樂器的基本原理是：先將某的樂器。模仿各種樂器的基本原理是：先將某種樂器的聲音轉換為電信號，再分析該樂器的種樂器的聲音

11、轉換為電信號，再分析該樂器的電信號的波形和頻譜，利用電子技術產生與該電信號的波形和頻譜，利用電子技術產生與該樂器相仿的電信號。樂器相仿的電信號。 電子樂器所模仿的各種樂器時所產生的電電子樂器所模仿的各種樂器時所產生的電信號具有各自不同的特點，若對電子樂器所模信號具有各自不同的特點，若對電子樂器所模仿的各種樂器的電信號進行分析，其區(qū)別主要仿的各種樂器的電信號進行分析，其區(qū)別主要是頻譜的不同。是頻譜的不同。（一）、音樂常識的補充說明（一）、音樂常識的補充說明 在演奏電子樂器時，除了演奏員在情感上的處理在演奏電子樂器時，除了演奏員在情感上的處理之外，僅從樂器發(fā)出的信號電特性而言，其表現(xiàn)力之外，僅從樂

12、器發(fā)出的信號電特性而言，其表現(xiàn)力主要體現(xiàn)在四個方面：音高（基本頻率）、長短主要體現(xiàn)在四個方面：音高（基本頻率）、長短（也稱音的時值，指某一頻率持續(xù)的時間）、強弱（也稱音的時值，指某一頻率持續(xù)的時間）、強弱（信號的電壓幅度或輸出功率）和音色（信號的波（信號的電壓幅度或輸出功率）和音色（信號的波形和頻譜）。本課題是一種簡易的電子樂器，它沒形和頻譜）。本課題是一種簡易的電子樂器，它沒有模仿特定的樂器，音色單一。演奏時它所產生的有模仿特定的樂器，音色單一。演奏時它所產生的信號是方波，其波形是占空比為信號是方波，其波形是占空比為50%50%的脈沖波，頻譜的脈沖波，頻譜僅含基頻與其偶次諧波。所以，在設計本

13、課題時，僅含基頻與其偶次諧波。所以，在設計本課題時，在保證輸出信號為方波的前提下，主要考慮如何用在保證輸出信號為方波的前提下，主要考慮如何用電子電路控制音高（頻率）、長短（音的時值）和電子電路控制音高（頻率）、長短（音的時值）和強弱強弱( (信號幅度信號幅度) ) 電子樂器信號這三方面的基本特性。電子樂器信號這三方面的基本特性。2 2、樂器的標準頻率說明、樂器的標準頻率說明 人對音調（頻率）辨別力不是線性的，當頻率由人對音調（頻率）辨別力不是線性的，當頻率由40HZ40HZ變到了變到了50HZ50HZ，人們很容易察覺到有，人們很容易察覺到有10HZ10HZ的頻率差，的頻率差，如果頻率由如果頻率

14、由4000HZ4000HZ變到變到4010HZ4010HZ，雖頻率其差仍為，雖頻率其差仍為10HZ10HZ，但人們幾乎聽不出有任何差異。實驗證明，人們對音但人們幾乎聽不出有任何差異。實驗證明，人們對音調高低度及響度兩者的感覺都是對數(shù)關系。調高低度及響度兩者的感覺都是對數(shù)關系。 根據(jù)人們對聲音的聽覺特性以及電子樂器發(fā)生的特根據(jù)人們對聲音的聽覺特性以及電子樂器發(fā)生的特性，人們可以將樂器的整個音域范圍內分成性，人們可以將樂器的整個音域范圍內分成108108個音高，個音高，相鄰兩個音高的頻率比為相鄰兩個音高的頻率比為1 1： 。M0595. 1212 如果兩個信號的頻率值相差如果兩個信號的頻率值相差1

15、 1倍則稱為兩個音相倍則稱為兩個音相差八度。差八度。 將將108108個音高分為個音高分為9 9組八度音程（組八度音程（0 08 8），），每個八度音程里包括每個八度音程里包括1212個音調（個音調（C C 、#C#C、D D、#D#D、E E、F F、#F#F、G G、#G#G、A A、#A#A、B B），如表），如表1 1所列，相鄰之所列，相鄰之間的音調差別稱為半音，表中間的音調差別稱為半音，表中“# #”號為半音符號。號為半音符號。表表1 1中為了使用方便，將鋼琴鍵盤中央一組的八度中為了使用方便，將鋼琴鍵盤中央一組的八度稱為小字一組，該組的第一個鍵的音名稱為中央稱為小字一組，該組的第一個

16、鍵的音名稱為中央C C，這一組音調這一組音調A A的頻率為的頻率為440HZ440HZ。國際上將。國際上將440HZ440HZ作為作為標準音高。標準音高。表1：十二音調等調整音階標準頻率表八度音八度音編編 號號音調音調 （ Hz ）C# CD# DEF# FG# GA# AB016.35117.32418.35419.44520.60121.82723.12424.49925.95627.5029.13530.867132.70334.64836.70838.89141.20343.65446.24948.99951.91355.0058.27061.735265.40669.29673.41

17、677.78282.40787.30792.49997.999103.83110.00116.54123.473130.81138.59146.83155.56164.81174.61184.99195.99207.65220.00233.08246.944261.62277.18293.67311.13329.63349.23369.99391.99415.31440.00466.16493.885523.25554.36587.33622.25659.26698.46739.99783.99830.61880.00932.32987.7661046.51108.71174.71244.51

18、318.51396.91479.91567.91661.21760.001864.71975.572093.02217.52349.32489.02637.02739.82959.93135.93322.43520.03729.33951.184186.04434.94698.64978.05274.05587.75919.96271.96644.97040.07458.67902.1 如表如表1 1所列，相鄰之間的音調差別稱為半音，表中所列，相鄰之間的音調差別稱為半音，表中“# #”號號為半音符號。表為半音符號。表1 1中為了使用方便，將鋼琴鍵盤中央一組的八中為了使用方便，將鋼琴鍵盤中央一組

19、的八度稱為小字一組，該組的第一個鍵的音名稱為中央度稱為小字一組，該組的第一個鍵的音名稱為中央C C，這一組，這一組音調音調A A的頻率為的頻率為440HZ440HZ。國際上將。國際上將440HZ440HZ作為標準音作為標準音高。高。 根據(jù)兩個相鄰音階的頻率比根據(jù)兩個相鄰音階的頻率比M = 1.0595M = 1.0595的關的關系，可以推算出中央系，可以推算出中央C C組組1212個音調對應的頻率，個音調對應的頻率，再根據(jù)相鄰組同名音調的音階相差八度（頻率相再根據(jù)相鄰組同名音調的音階相差八度（頻率相差差1 1倍）的關系，便可以推算出倍）的關系，便可以推算出108108個音高所對應個音高所對應的

20、所有頻率。的所有頻率。 電子樂器輸出的信號頻率總是有一定的誤差電子樂器輸出的信號頻率總是有一定的誤差的，為了衡量各個音高所對應的頻率是否準確，的，為了衡量各個音高所對應的頻率是否準確，在電子樂器中引入了稱為在電子樂器中引入了稱為“生生”的單位。將半音的單位。將半音分為分為100100份，則每份稱為份，則每份稱為1 1“生生”。質量較好的電。質量較好的電子樂器，頻率偏差在子樂器，頻率偏差在1 1“生生”以下。以下。3 3、音名和唱名的說明、音名和唱名的說明 音名和唱名之間的對應關系如表音名和唱名之間的對應關系如表2 2所示。音名的音高是固定所示。音名的音高是固定不變的，一切樂器和人聲發(fā)出的不變的

21、，一切樂器和人聲發(fā)出的C C音，音，D D音等，其音高都相同。音等，其音高都相同。唱名的高度則根據(jù)調號的不同而異。例如，對于調號唱名的高度則根據(jù)調號的不同而異。例如，對于調號1=C1=C來說。來說。把把1 1（dodo）唱成和）唱成和C C音一樣高，音一樣高，3(mi)3(mi)唱成和唱成和E E音一樣高音一樣高 ，音名音名C,DC,D A,BA,B七個音的相互高低關系是一致的。音名的七個音的相互高低關系是一致的。音名的E EF F，B BC C是半音，其余為全音。唱名的是半音，其余為全音。唱名的3 34 4，7 7是半音，其是半音，其余為全音。所以對余為全音。所以對1=C1=C而言，音名而言

22、，音名C C、D D、E E、F F、G G、A A、B B七個音七個音分別唱成分別唱成1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7。而對其它各調來說，各個唱。而對其它各調來說，各個唱名的高度就要發(fā)生變化。例對調號名的高度就要發(fā)生變化。例對調號1=D1=D來說，把來說，把1 1（dodo）唱成和）唱成和D D音一樣高，音一樣高，2 2（rr）唱成和）唱成和E E音一樣高，而音一樣高，而3 3（m m）唱成和）唱成和#F#F音（而不是音（而不是F F音）一樣高音）一樣高，依此類推。因此只要知道調號就，依此類推。因此只要知道調號就可得到音名和唱名的對應關系?？傻玫揭裘统膶P系。表

23、表2 2 ：音名與唱名的對應關系舉例：音名與唱名的對應關系舉例 低八度低八度高八度高八度以鋼琴鍵舉例的說明：以鋼琴鍵舉例的說明：鋼琴琴鍵由鋼琴琴鍵由9 9組八度音程組成（即：組八度音程組成（即：9 97=637=63個白鍵，個白鍵，9 95=455=45個黑鍵）個黑鍵） ，構成，構成108108個音高。其中，個音高。其中，1 1）黑與白之間相差半個音高。）黑與白之間相差半個音高。2 2）E E和和F F鍵之間相差半個音高。鍵之間相差半個音高。3 3）B B和和C C鍵之間相差半個音高。鍵之間相差半個音高。以以1=C1=C為例：為例：以以1=D1=D為例：為例：4 4、如何確定樂曲與頻率的關系說

24、明、如何確定樂曲與頻率的關系說明確定調號：確定調號： 如如1=C,1=C,找出該調號下唱名找出該調號下唱名1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 所對應的音名，再根據(jù)音名找出所對應的音名，再根據(jù)音名找出1 17 7對應的頻對應的頻率，將樂曲簡譜中的唱名用對應的頻率替換，率，將樂曲簡譜中的唱名用對應的頻率替換，相鄰頻率分頻比為相鄰頻率分頻比為1.0595,1.0595,如果直接控制分頻如果直接控制分頻比電路設計就比較復雜，我們可以采用預置數(shù)比電路設計就比較復雜，我們可以采用預置數(shù)的方法獲得所需的頻率，即：兩個八度之間分的方法獲得所需的頻率，即：兩個八度之間分頻比為頻比為2.2.5

25、 5、音的長短和休止符說明、音的長短和休止符說明 簡譜中用短橫線表示音的長短，不帶短橫線的簡譜中用短橫線表示音的長短，不帶短橫線的基本音符為四分音符，例如：基本音符為四分音符，例如：5 5 。 短橫線在基本音符右側時稱為增時線，每增加短橫線在基本音符右側時稱為增時線，每增加一個增時線表示延長一個四分音符，例如：一個增時線表示延長一個四分音符，例如：5 5 。 短橫線在基本音符下面時稱為減時線，每增加短橫線在基本音符下面時稱為減時線，每增加一條減時線表示原來的音縮短一半的時間，例如，一條減時線表示原來的音縮短一半的時間，例如，5 5。 此外，還可以用附點表示音的長短，附點表示此外，還可以用附點表

26、示音的長短，附點表示延長其前面音值的一半。例如，延長其前面音值的一半。例如，5.= 5 + 5.= 5 + 5 5 。 8 8分音符，分音符， 5 5 。 1616分音符，分音符，5 5。 休止符休止符 0 0 6 6、音樂的速度、節(jié)奏與節(jié)拍的說明、音樂的速度、節(jié)奏與節(jié)拍的說明 樂曲演奏的快慢稱為速度。一首樂曲演奏的快慢稱為速度。一首2/42/4拍的樂曲，速度不同，其演奏所需的拍的樂曲，速度不同，其演奏所需的時間也不同。五線譜中用時間也不同。五線譜中用J=120J=120表示以表示以4 4分音符為一拍，分音符為一拍，1 1秒鐘演奏秒鐘演奏120120拍。簡拍。簡譜中樂曲演奏速度常用譜中樂曲演奏

27、速度常用“快速快速”“”“慢慢速速”等詞語表示，也可用每分鐘多少等詞語表示，也可用每分鐘多少拍子來定義。拍子來定義。 節(jié)奏和節(jié)拍在音樂中是同時并存的，節(jié)奏和節(jié)拍在音樂中是同時并存的，它們以音的長短、強弱及其相互關系的它們以音的長短、強弱及其相互關系的固定性和準確性來組織音樂。從狹義的固定性和準確性來組織音樂。從狹義的觀點來定義，音的長短關系稱為節(jié)奏。觀點來定義，音的長短關系稱為節(jié)奏。帶重音和不帶重音的在同樣的時間片段帶重音和不帶重音的在同樣的時間片段按照一定的次序循環(huán)重復稱為節(jié)拍。按照一定的次序循環(huán)重復稱為節(jié)拍。 例如：例如： 某只樂曲為某只樂曲為4/44/4拍，其一個小節(jié)中重拍，其一個小節(jié)中

28、重音變化的要求是音變化的要求是“強拍、弱拍、次強拍、強拍、弱拍、次強拍、弱拍弱拍”。（二）設計提示（二）設計提示1 1、整體方案的設計提示、整體方案的設計提示 1) 1)整體電路結構整體電路結構 可參考圖可參考圖1 1所示的整體電路結構，將整體所示的整體電路結構，將整體電路分為電路分為“選曲電路選曲電路”、“音樂演奏電路音樂演奏電路”和和“功率放大功率放大”三個主要部分。三個主要部分。 在設計電路之前，應選擇在設計電路之前，應選擇3 3首樂曲，樂曲的音首樂曲，樂曲的音域應盡量符合指標要求，在四個八度內。域應盡量符合指標要求，在四個八度內。 考慮基本技術指標時，主要考慮如何產生樂考慮基本技術指標

29、時，主要考慮如何產生樂曲所要求的所有音的頻率以及如何控制音的長短。曲所要求的所有音的頻率以及如何控制音的長短。根據(jù)一個八度組內有根據(jù)一個八度組內有1212個音階的特點，相鄰兩個八個音階的特點，相鄰兩個八度組同名音名為八度關系（即，頻率為度組同名音名為八度關系（即，頻率為2 2倍關系）倍關系）的特點，可以用圖的特點，可以用圖2 2或圖或圖3 3方框圖，產生方框圖，產生1212個音階以個音階以及八度變化，使輸出信號的頻率及八度變化，使輸出信號的頻率fofo為唱名所對應的為唱名所對應的頻率值。頻率值。2 2）音階信號產生方案提示）音階信號產生方案提示演奏電路方案的設計提示：演奏電路方案的設計提示：2

30、 2、振蕩電路的設計提示、振蕩電路的設計提示 振蕩電路應能產生振蕩電路應能產生1 1個時鐘信號個時鐘信號CPCP，選擇，選擇CPCP的頻的頻率時應考慮經過率時應考慮經過1212音階分頻電路和八度分頻電路音階分頻電路和八度分頻電路后，輸出信號頻率后，輸出信號頻率f fo o應滿足要求。同時還應產生應滿足要求。同時還應產生一個節(jié)拍信號。一個節(jié)拍信號。 振蕩電路振蕩電路根據(jù)以上的要求并考慮到樂曲的音域根據(jù)以上的要求并考慮到樂曲的音域應在應在4 4個個8 8度內，即：樂曲的所有音域在第度內，即：樂曲的所有音域在第3 3、4 4、5 5和和6 6個個8 8度內，選擇對第七個度內，選擇對第七個8 8度的度

31、的C C調進行分頻，調進行分頻，用用8 8位計數(shù)器時，分頻比為位計數(shù)器時，分頻比為1 1：256256。換句話說就是。換句話說就是取第取第7 7個個8 8度內最低頻率度內最低頻率2093Hz2093Hz，再乘以，再乘以256256（即：（即：用兩級用兩級7416174161級聯(lián)后的計數(shù)器模值），這樣就得到級聯(lián)后的計數(shù)器模值），這樣就得到了應該產生的振蕩器的頻率了應該產生的振蕩器的頻率535808Hz535808Hz。振蕩電路：振蕩電路：7413274132、510Pf510Pf和和10K10K3 3、1212音階分頻電路的設計提示音階分頻電路的設計提示（1 1）工作原理工作原理 根據(jù)人們對聲音

32、的聽覺特性及電子樂器發(fā)生的特性，根據(jù)人們對聲音的聽覺特性及電子樂器發(fā)生的特性，人們將樂器的整個音域范圍內分成人們將樂器的整個音域范圍內分成108108個音高，相鄰兩個音個音高，相鄰兩個音高的頻率比為：高的頻率比為：M=1.0595M=1.0595。如果兩個信號的頻率值相差。如果兩個信號的頻率值相差1 1倍，倍，則稱為兩個音相差八度。將則稱為兩個音相差八度。將108108個音高分別分為個音高分別分為9 9組八度音組八度音程（程（0 08 8），每個八度音程里包括），每個八度音程里包括1212個音調（個音調（C C、#C#C、D D、B B）。）。 如果選擇采用的是圖如果選擇采用的是圖2 2演奏方

33、案一，因此先利用計數(shù)器演奏方案一，因此先利用計數(shù)器計數(shù)的方法產生一個度的計數(shù)的方法產生一個度的1212個音階頻率中的一個。實現(xiàn)的個音階頻率中的一個。實現(xiàn)的方法是采用置最小數(shù)法。計數(shù)初值可以通過以下公式計算：方法是采用置最小數(shù)法。計數(shù)初值可以通過以下公式計算： （計數(shù)初值）（計數(shù)初值）10 10 =A-(f=A-(fcici/f/fi i) ) 255 ,255 ,其中其中A=256A=256，i=7,6, i=7,6, ,0.,0.（計數(shù)初值）（計數(shù)初值）1010 =A-(fci/fi) =A-(fci/fi) 255 ,255 , 其中其中A=256A=256，i=7,6, i=7,6, ,

34、0.,0.例如以第例如以第7 7個個8 8度為例：度為例： f fcici=2093Hz,f=2093Hz,fi i=2093,=2093,則則 （計數(shù)初值）（計數(shù)初值）1010 = = 1 1 f fcici=2093Hz,f=2093Hz,fi i=2217.5,=2217.5,則則 （計數(shù)初值）（計數(shù)初值）1010 = = 1515 f fcici=2093Hz,f=2093Hz,fi i=3951.1,=3951.1,則則 （計數(shù)初值）（計數(shù)初值）1010 = = 121121(2)12(2)12音階分頻電路的設計提示音階分頻電路的設計提示 音階分頻電路采用兩片音階分頻電路采用兩片74

35、16174161進行同步級聯(lián)進行同步級聯(lián)構成，一個構成，一個8 8位計數(shù)器。由于計數(shù)器的計數(shù)初值位計數(shù)器。由于計數(shù)器的計數(shù)初值不同即：有不同即：有1212種。因此，第二級種。因此，第二級7416174161的的Q QCCCC端子端子出來的脈沖也有出來的脈沖也有1212種，即種，即1212種計數(shù)初值可使計數(shù)種計數(shù)初值可使計數(shù)器產生出器產生出1212種不同的音階頻率。電路圖如下：種不同的音階頻率。電路圖如下：4 4、八度分頻電路設計、八度分頻電路設計（1 1）工作原理）工作原理 兩個八度信號就是兩個八度信號就是2 2分頻的關系，分頻的關系，4 4個八度就是個八度就是4 4個有個有2 2分頻關系的信

36、號。將十二音階分頻電路中分頻關系的信號。將十二音階分頻電路中輸出即：第二級輸出即：第二級7416174161的輸出的輸出Q QCCCC作為計數(shù)器作為計數(shù)器7416374163的的CPCP就可以分頻，就可以分頻，7416374163的的Q Q0 0端的輸出為端的輸出為2 2分頻，分頻，Q Q1 1端輸出為端輸出為4 4分頻，分頻，Q Q2 2端輸出為端輸出為8 8分頻，分頻，Q Q3 3端輸出為端輸出為1616分頻。通過分頻。通過4 4選選1 1數(shù)據(jù)選擇器及數(shù)據(jù)選擇器及八度控制碼（來八度控制碼（來至至E E2 2PROMPROM的的I/OI/O5 5和和I/OI/O4 4）進行八度分頻。）進行八

37、度分頻。（2 2）電路設計）電路設計5 5、音長控制電路的設計音長控制電路的設計 設計指標中要求樂曲演奏速度為設計指標中要求樂曲演奏速度為100100120120拍拍/min/min，為設計方便，規(guī)定樂曲演奏速度為，為設計方便，規(guī)定樂曲演奏速度為120120拍拍/min/min。由于。由于4 4分音符為一拍，若以分音符為一拍，若以1616分音符為分音符為基準，那么一分鐘就要演奏基準，那么一分鐘就要演奏480480個個1616分音符，每分音符，每個音符演奏個音符演奏1/8S1/8S。因此，需要設計一個頻率為。因此，需要設計一個頻率為8Hz8Hz的振蕩電路。的振蕩電路。 利用利用555555定時器

38、來實現(xiàn)定時器來實現(xiàn)8Hz8Hz的振蕩器。的振蕩器。8Hz8Hz的振蕩器的設計：的振蕩器的設計：6 6、音調控制碼譯碼電路的設計、音調控制碼譯碼電路的設計（1 1）實現(xiàn)原理）實現(xiàn)原理 音調控制碼譯碼電路可以通過音調控制碼譯碼電路可以通過對對GAL16V8GAL16V8進行編程實現(xiàn)。進行編程實現(xiàn)。GAL16V8GAL16V8內應存儲對內應存儲對E E2 2PROMPROM內內樂曲的代碼的解碼程序，相當于一個譯碼器，樂曲的代碼的解碼程序，相當于一個譯碼器，譯碼產生相應的計數(shù)初值（譯碼產生相應的計數(shù)初值（8 8位），送至十二位），送至十二音階分頻電路。由公式：音階分頻電路。由公式： （計算初值）（計算

39、初值）10 10 =256-255=256-255（T Tcici/T/Ti i） 其中，其中，(i=7,6,5,(i=7,6,5,0),0)由公式可以計算出由公式可以計算出1212個音符預置十進制數(shù)，并個音符預置十進制數(shù)，并且轉化為且轉化為1616進制。若以進制。若以C C7 7為例，計算結果如表為例，計算結果如表所示。所示。 （計算初值）（計算初值）1010 =256-255 =256-255（2093/f2093/f） 經卡諾圖化簡后：經卡諾圖化簡后：F7=0；F6=D3&!D2#!D3&D2&D1；F5=!D3&D2&!D1#!D2&D1

40、&D0#D3&!D2&D0 #D3&!D2&D1；F4=!D3&D2&!D1#!D3&D2&D0#D3&!D2&D1 #D3&!D2 &!D0#D1&!D2&!D0；F3=!D3&!D2&!D1#D3&!D2&D0#!D3&!D1&D0#!D3&!D2&D1 #!D3&D1&!D2；F2=!D3&D2#!D3&!D1&!D0#!D3&D1&!D0 #D3&a

41、mp;!D2&!D1&!D0；F1=!D3&!D2&D0#!D3&D1&D0#!D3&D2&!D1&!D0 #D3&!D2&!D1&!D0 ；F0=!D2&D0#!D3&!D1&D0#D3&!D2&D1&!D0；7 7、功放、功放電路的設計提示電路的設計提示用用LT084LT084構成放大器，構成放大器，如圖所示。如圖所示。說明：說明： 當選中當選中Y Y0 0時，放大器不發(fā)聲。時，放大器不發(fā)聲。 當當I/OI/O6 6為為0 0時，即：有休字符時，放

42、大器也不發(fā)聲。時，即：有休字符時，放大器也不發(fā)聲。9 9、樂曲編碼、樂曲編碼的提示的提示 本次課題設計是本次課題設計是“可編程可編程”電子音樂。因電子音樂。因此，先將預先送好的此，先將預先送好的3 3首樂曲存儲在首樂曲存儲在EEPROMEEPROM中，中，然后通過不同的地址將相應的樂曲讀出演奏。然后通過不同的地址將相應的樂曲讀出演奏。3 3首樂曲的簡譜和編碼如下：首樂曲的簡譜和編碼如下：（1 1）我和你）我和你編碼：編碼：E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E

43、0 E0 E0 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 E0 E0 E0 E0 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7E0 E0 E0 E0 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E

44、4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 E2 E2 E2 E2 F7 F7 F7 F7 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4E2 E2 E2 E2 F7 F7 F7 F7 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E

45、0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E7E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 E4 E4 E4 E4 E

46、7 E7 E7 E7E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9E2 E2

47、 E2 E2 E4 E4 E4 E4 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 F9 E2 E2 E2 E2 F7 F7 F7 F7 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4E2 E2 E2 E2 F7 F7 F7 F7 E2 E2 E2 E2 E4 E4 E4 E4 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E00000（2 2）找朋友）找朋友編碼：編碼：E7 E7 E9 E9 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E9 E

48、9 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E7 E7 D0 D0 EA EA E9 E9 E7 E7 D0 D0 EA EA E9 E9 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E5 E5 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E5 E5 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E5 E5 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E5 E5 E7 E7 E7 E

49、7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E0 E0 E5 E5 E4 E4 E2 E2 E0 E0 E5 E5 E4 E4 E2 E2 E0 E0 E2 E2 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E2 E2 E0 E0 E0 E0 0000（3 3）世上只有媽媽好）世上只有媽媽好編碼：編碼：E9 E9 E9 E9 E9 E9 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E7 E7 D0 D0 D0 D0 E9 E9 E7 E7 E9 E9 E9 E9 E9 E

50、9 E9 E9 D0 D0 D0 D0 E9 E9 E7 E7 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E9 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E4 E4 E4 E4 E7 E7 E9 E9 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E4 E4 E0 E0 F9 F9 E7 E7 E4 E4 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E0 E0 F9 F9 E7 E7 E4 E4 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2 F2 F2 E2 E2 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E9 E9 E2 E

51、2 F2 F2 E2 E2 E4 E4 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E9 E9 E4 E4 E4 E4 E2 E2 E2 E2 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E4 E4 E4 E4 E2 E2 E2 E2 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E0 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E2 E2 E0 E0 F9 F9 E0 E0 E7 E7 E7 E7 E7 E7 E4 E4 E2 E2 E0 E0 F9 F9 E0 E0 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 00 00 00 00 F7 F7 F7 F7 F7 F

52、7 F7 F7 F7 F7 F7 F7 00 00 00 00 1010、演奏、演奏控制電路的設計提示控制電路的設計提示 設計分頻控制電路應考慮當每演奏一個設計分頻控制電路應考慮當每演奏一個音時，應考慮如下因素：音時，應考慮如下因素： (1)(1)首先分析樂曲中最短的音符，以該首先分析樂曲中最短的音符，以該音符的長度作為演奏過程中最小的時間單位音符的長度作為演奏過程中最小的時間單位TminTmin。其他音的音值長度都是最小時間單位。其他音的音值長度都是最小時間單位的整倍數(shù)。的整倍數(shù)。 (2)(2)分頻控制電路應能產生一個音階控分頻控制電路應能產生一個音階控制碼控制制碼控制1212音階分頻電路做

53、相應的分頻，同音階分頻電路做相應的分頻，同時，產生一個八度控制碼，控制八度分頻電時，產生一個八度控制碼，控制八度分頻電路產生相應的八度分頻。換言之，每一個需路產生相應的八度分頻。換言之，每一個需要演奏的音都要有對應的兩個控制碼。要演奏的音都要有對應的兩個控制碼。(3)(3)將一首樂曲每一個音的兩個控制碼存在將一首樂曲每一個音的兩個控制碼存在EEPROMEEPROM中，按樂曲演奏的順序逐個取出，從而得中，按樂曲演奏的順序逐個取出，從而得到演奏過程中的信號。如果將音階和八度這兩個到演奏過程中的信號。如果將音階和八度這兩個控制碼的長度大于存貯器一個控制碼的長度大于存貯器一個“字字”的長度，則的長度，

54、則應考慮對控制碼進行編碼，以便壓縮控制碼的字應考慮對控制碼進行編碼，以便壓縮控制碼的字長。長。(4)(4)如果做選做指標，則應對音的強弱進行控如果做選做指標，則應對音的強弱進行控制，控制碼也應包含在一個存貯字中。制，控制碼也應包含在一個存貯字中。(5)(5)在樂曲中如果有休止符，此時沒有輸出信在樂曲中如果有休止符，此時沒有輸出信號，在設計控制碼時應考慮休止符的產生。號，在設計控制碼時應考慮休止符的產生。(6) (6) 為了使樂曲能夠自動循環(huán)演奏，應考慮識為了使樂曲能夠自動循環(huán)演奏，應考慮識別某一樂曲的結尾，以及如何控制電路返回到該別某一樂曲的結尾，以及如何控制電路返回到該樂曲的開始點。樂曲的開

55、始點。演奏演奏控制電路的算法流程圖：控制電路的算法流程圖：演奏控制電路的演奏控制電路的ASMASM圖：圖：1111、選曲電路和曲目顯示電路、選曲電路和曲目顯示電路設計方案一：設計方案一：設計方案二：設計方案二：盧慶莉 編寫 2009年8月 用用7416374163構成構成2 2位二進制計數(shù)器，由于地址計位二進制計數(shù)器，由于地址計數(shù)器電路中已經占用了數(shù)器電路中已經占用了28C64B28C64B的的A A0 0A A7 7地址端，地址端，故只能用故只能用A A9 9和和A A8 8兩個地址端來選樂曲。兩個地址端來選樂曲。 第一首歌曲在存儲器中的地址應從第一首歌曲在存儲器中的地址應從1616進制的進制的100100開始。開始。 第二首歌曲在第二首歌曲在存儲器中的地址應從存儲器中的地址應從1616進制的進制的200200開始。開始。 第三首歌曲在存儲器中的地址應從第三首歌曲在存儲器中的地址應從1616進制的進制的300300開始。開始。8 8、存儲器的地址譯碼電路的設計、存儲器的地址譯碼電路的設計提示提示（1 1）實現(xiàn)原理實現(xiàn)原理 地址譯碼電路的主要功能是以地址譯碼電路的主要功能是以8Hz8Hz振蕩器的振蕩器的輸出作為時鐘。根據(jù)要求每首樂曲演奏輸出作為時鐘。根據(jù)要求每首樂曲演奏20203030秒和演奏速度為每分鐘秒和演奏速度為每分鐘100100120120拍，取拍，取1/