硬件电子琴电路模块方案设计
37页1、实验四 硬件电子琴电路模块设计基础知识一、节拍1、在音乐中,时间被分成均等的基本单位 ,每个单位叫做一个“拍子”或 称一拍。2、拍子的时值是以音符的时值来表示的, 一拍的时值可以是四分音符(即以四分音 符为一拍),也可以是二分音符(以二分 音符为一拍)或八分音符(以八分音符为 一拍)。例2/4,3/4等 3、拍子的时值是一个相对的时间概念比如当乐 曲的规定速度为每分钟 60 拍时, 每拍占用的时间是一秒,半拍是二分之一 秒;当规定速度为每分钟 120 拍时,每拍 的时间是半秒,半拍就是四分之一 秒。在本次实验中,最小的节拍是1/4拍,规定 速度是每拍1秒。可以得到,在我们把音符 按照以1/4拍为单位存放到ROM里,而后以 4HZ频率读取,则可以实现乐曲的节拍。基础知识二、音符与频率 乐曲中不同的音符实质上表示的是不同频 率的声音。 只要产生不同频率的脉冲,再通过喇叭等 播放出来即可。又由于方波容易用定时器 产生,故使用方波脉冲。基础知识 要产生音频脉冲: 1、算出某一音频的脉冲的周期(1/频率) 2、然后将此周期除以2,即为半周期的时间 。 3、利用定时器,计时这个半周期的时间,每 当
2、计时到后,就将输出脉冲的I/O反相。 4、重复计时此半周期的时间再对I/O反相, 就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。 例如,频率为523Hz,其周期为1/523 S=1912uS,因此只要令计数器计时956,在每计数956次时 就将I/O反接,就可得到中音DO(532Hz)。 其计数值N可以根据以下公式得到:2N=Tr/Ti=Fi/Fr (Fi为内部时钟频率,Fr为对应音符频率)(Ti为内部时钟周期,Tr为对应音符周期)音符与频率对应表 可以得到:如果以1MHZ为内部时钟频率, 要发出低7SI音(494HZ),我们需要计数 2024个1MHZ时钟周期,其中,当计数到 2024/2=1012个时钟时,将脉冲翻转一次。 结合前述的节拍,如果要发出低7SI音1拍 ,则只要持续494HZ方波1秒钟即可,如果 按1/4拍单位存放到ROM里,ROM的读出 时钟是4HZ,那低7SI音应该装载几个存储 单元?本实验用FPGA实现乐曲的播放原理 分四步 1、将待播放的音乐音符存入ROM 2、以4HZ频率读取ROM 3、根据1MHZ的内部时钟要求,将读出的音 符换算成应计数的数值 4、以1MHZ为内部时
3、钟,实现符合要求的方 波信号。硬件电子琴电路设计方案模块Speaker 模块Speakera中的主要电路是一个数控分 频器,它由一个初值可预置的加法计数器 构成,当模块Speakera由端口Tone获得一 个2进制数后,将以此值为计数器的预置数 ,对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频, 之后由Spkout向扬声器输出发声。模块TONE 模块Tone是音阶发生器,当8位发声控制输 入Index中某一位为高电平时,则对应某一 音阶的数值将从端口Tone输出,作为获得 该音阶的分频预置值;同时由Code输出对 应该音阶简谱的显示数码,如5,并由High 输出指示音阶高8度显示。增加乐曲自动演奏电路 在原设计的基础上,增加一个Notetabs模块用于 产生节拍控制(Index数据存留时间)和音阶选择 信号,即在Notetabs模块放置一个乐曲曲谱真值 表,乐曲曲谱真值表放置于名为Music的ROM模 块中。 由一个计数器来生成读取ROM所需的地址数据, 对ROM以4HZ的频率进行读取,实现控制此真值 表的输出,而由此计数器的计数时钟信号作为乐 曲节拍控制信号,从而可以设计出一个纯硬件的 乐
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