数字逻辑创新性实验电子琴.doc

数字逻辑实验电子琴 一、实验目的 了解乐曲演奏电路的工作原理； 了解怎样控制音调和音长的变化，掌握乐曲演奏电路的设计方法； 进一步熟悉数字逻辑实验的设计思想，学会在原实验基础上进行创新。 二、实验创新点 1.本实验将乐曲演奏电路新增加了一个用户子弹奏模块，变为电子琴； 2.本实验利用公式计算出了所有半音的分频系数和预置数，并应用到歌曲中； 3.本实验中的电子琴模块，当选择不同的按键时，可以再7段数码显示管上显示相应的数字，即：1(do)、2(re)、3(mi)、4(fa)、5(sol)、6(la)、7(si)、8(song)。 三、实验原理 1.乐理的基础知识 唱名（Syllable names） 唱名是指在音阶上各音的名称。通常使用1do、2re、3mi、4fa、5sol、6la、7si。 2.音调的控制 频率的高低决定了音调的高低，相邻两个半音之间的频率之比为2的12次根。根据这点，可以计算出简谱中从低音1到高音7之间每个唱名对应的频率如表所示： 音名频率（Hz）音名频率（Hz）音名频率（Hz）低音1261.63中音1523.25高音11046.50低音2293.67中音2587.33高音21174.66低音3329.63中音3659.25高音31381.51低音4349.23中音4698.46高音41396.92低音5391.99中音5783.99高音51567.98低音6440中音6880高音61760低音7439.88中音7987.76高音71975.52本实验选取6MHz为基准频率，采用加载预置数法。先使分频计数器在输入时钟的作用下开始加1计数，当计到最大值时，则加载一个预置数（预置数=计数器最大值-分频系数）；然后使分频计数器在预置数的基础上开始加1计数，当计到最大值时，则又加载预置数。这样使计数器的计数长度实际就是分频系数的值。每次当分频计数器计到最大值时，产生分频后的输出时钟信号。 下表列出了所有唱名（包括半音）对应的分频系数及分频计数器的预置数。 唱名的分频系数=3MHz/唱名频率；预置数=计数器最大值-分频系数=16383-分频系数； 唱名分频系数预置数唱名分频系???预置数唱名分频系数预置数低音1114684915中音1573410649高音1286713516低音b2108245559中音b2541210971高音b2270613677低音2102176166中音2510811275高音2255413829低音b396436740中音b3482211561高音b3241113972低音391027281中音3455111832高音3227614107低音485917792中音4429612087高音4214814235低音b581098274中音b5405512328高音b5202714356低音576548729中音5382712556高音5191314470低音b672249159中音b6361212771高音b6180614577低音668199564中音6340912974高音6170514678低音b764369947中音b7321813165高音b7160914774低音7607510308中音7303713346高音7151914864此外，对于乐曲中的休止符，只要将分频系数设为0，使其对应的预置数为16383即可，此时扬声器不会发声。 3.音长的控制 在本实验中，电子琴中预先存放着一首歌曲《梁祝》，按下相应的键即可让电子琴自动演奏乐曲，在这个片段中，最短的音符为4分音符，如果将全音符的持续时间设为1s，则只需再提供一个4Hz的时钟频率即可产生4分音符的时长。 四、实验步骤： 1．总体设计思路 电子琴的原理图如下：包括自动播放子模块和自弹奏子模块。 在弹奏过程中，通过拨动L1-L7，即可实现对应的“do-si”，并且通过数码管显示1-7（表示现在正为自弹奏功能）。拨动L8，即为自动播放模块，此时扬声器自动播放乐曲《梁祝》片段，并且数码管显示数字8（表示正为自动播放功能），如果数码管显示为0，则说明处于待机状态，进行演奏。 数码管显示 自动播放模块 电子琴模块（译码器原理） 与门 Clk_6MHz speaker a b c d e f g 与门 自弹模块（手动） Clk_4Hz clr st