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          基于CPLD的MIDI播放器設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2011-09-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/166038.htm

            大規(guī)??删幊踢壿嬈骷?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/CPLD">CPLD和FPGA是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的兩類可編程邏輯器件,電子工程師利用它可以在辦公室或?qū)嶒?yàn)室出所自己所需要的專用芯片和專用產(chǎn)品,從而大大縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間,降低了開發(fā)成本。此外,可編程邏輯器件還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性,使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改,這樣就極大的提高了電子系統(tǒng)的靈活性和通用性。

            1 工作原理

            音樂是Windows下的一種合成音樂,由于它通過記譜的方式來記錄一段音樂,因此與wave 音樂相比,它可以極大的減少存儲(chǔ)容量。音樂的基本原理:組成樂曲的每一個(gè)音符的頻率值(音調(diào))及其持續(xù)的時(shí)間(音長)是樂曲能連續(xù)演奏的兩個(gè)基本數(shù)據(jù),因此只要控制輸出到揚(yáng)聲器的激勵(lì)信號(hào)的頻率的高低和每個(gè)頻率信號(hào)持續(xù)時(shí)間,就可以使揚(yáng)聲器發(fā)出連續(xù)的樂曲。

            圖1是本文設(shè)計(jì)的音樂的原理框圖。該音樂編碼器內(nèi)儲(chǔ)存著預(yù)先設(shè)定的四首歌曲的編碼,通過改變音樂選擇開關(guān)的狀態(tài)可以決定當(dāng)前要播放哪首音樂。音樂編碼器控制著音調(diào)發(fā)生器和彩燈閃爍控制器,每當(dāng)音樂節(jié)奏時(shí)鐘送給音樂編碼器一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí),音樂編碼器就將當(dāng)前要播放的音符的編碼送給音調(diào)發(fā)生器和彩燈閃爍控制器。音調(diào)發(fā)生器根據(jù)編碼對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)將2MHz的基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻,得到當(dāng)前要播放的音符所對(duì)應(yīng)頻率的脈沖,再用這個(gè)脈沖去激勵(lì)揚(yáng)聲器,就可以得到這個(gè)音符的聲音。彩燈閃爍控制器根據(jù)編碼將當(dāng)前要播放的音符對(duì)應(yīng)的彩燈亮滅狀態(tài)送給彩燈。

            其中音調(diào)發(fā)生器、音樂編碼器、彩燈控制器這三項(xiàng)功能可由ALTERA公司可編程邏輯器件()EPF10LC84-4芯片,采用VHDL語言來完成[1-3]。音頻放大器、彩燈、各種時(shí)鐘可由具體的外圍電路來實(shí)現(xiàn)。

            2.音樂發(fā)生器芯片的設(shè)計(jì)

            本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確地產(chǎn)生音樂中各音符所對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào),并根據(jù)樂曲要求按節(jié)拍輸出。為了減少系統(tǒng)復(fù)雜性,本設(shè)計(jì)根據(jù)可變模值計(jì)數(shù)器的原理,按照樂曲要求定時(shí)改變計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù),即可產(chǎn)生樂曲所需要的頻率信號(hào)。芯片原理框圖如圖2所示,芯片是采用VHDL硬件描述語言,在MUXPLUS II環(huán)境下設(shè)計(jì)的。

            圖中節(jié)拍控制電路產(chǎn)生節(jié)拍定時(shí)信號(hào);音符產(chǎn)生電路按節(jié)拍要求產(chǎn)生樂曲所需要的音符;預(yù)值數(shù)產(chǎn)生電路受音符控制,產(chǎn)生該音符頻率相對(duì)應(yīng)的預(yù)置數(shù),送計(jì)數(shù)器的置入數(shù)據(jù)輸入端。音符頻率發(fā)生器根據(jù)不同的預(yù)置數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的頻率信號(hào),從而完成樂曲的演奏功能。

            3 外圍電路設(shè)計(jì)

            3.1 音樂節(jié)奏時(shí)鐘和彩燈閃爍節(jié)奏時(shí)鐘產(chǎn)生電路

            我們需要的音樂節(jié)奏時(shí)鐘是一個(gè)4Hz左右的時(shí)鐘脈沖,其頻率很低,利用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器即可產(chǎn)生,如圖3所示。

            555集成定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的混合集成電路,555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖如圖3所示,由3腳輸出的脈沖頻率的計(jì)算公式為:

            改變可變電阻的阻值就可以改變輸出頻率。我們要求輸出的頻率為4Hz,C=47Uf,所以R1+R2應(yīng)為7.66K。

            音樂節(jié)奏時(shí)鐘對(duì)整個(gè)音樂的作用至關(guān)重要,要求音樂節(jié)奏時(shí)鐘脈沖非常穩(wěn)定,這樣才能保證音樂的流暢播放,否則播放出來的將是一段雜亂無章的聲音,就不是音樂而是噪聲了。為了使輸出的脈沖比較穩(wěn)定、減少外界干擾,將輸出的脈沖再經(jīng)過D觸發(fā)器(7474)后送給芯片,因此555定時(shí)器件腳輸出的脈沖頻率應(yīng)提高一倍(即8Hz),這樣R1+R2的阻值應(yīng)為3.83K。

            彩燈閃爍節(jié)奏時(shí)鐘產(chǎn)生電路與音樂節(jié)奏時(shí)鐘產(chǎn)生電路原理相同,也是用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來實(shí)現(xiàn),只是彩燈控制時(shí)鐘產(chǎn)生電路的頻率要比音樂節(jié)奏時(shí)鐘產(chǎn)生電路的頻率高,在十幾到幾十赫茲之間,它的R2值不定,可根據(jù)自己的要求來定,如果想要彩燈閃爍快點(diǎn)則頻率就高一些,想閃爍頻率慢就低一些。


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