简易音阶发生器设计.docx

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1、简易音阶发生器设计1、课题目的：①学习和掌握振荡电路设计和滤波器的设计方法；②学习和研究用EDA、MCU等不同的手段、方法来完成本科题的设计任务，并从中逐步学会方案的比较和选择；③学习电路的模块化调试和软硬件结合调试方法2、设计要求：①产生C调八个音阶的振荡频率(见表2.1)，它分别由1、2、3、4、5、7、0号数字键控制。表2.1音阶的振荡频率和周期表C调123456709频率f(HZ)261.6293.6329.6349.2392.0440.0439.9523周期T(ms)3.823.403.032.802.552.272.091.91②同时按下两个数字键号时，只发出一个音阶频率信

2、号。③模拟通道的频宽为30Hz～10kHz。④功率放大器的负载电阻RL=8，最大功率输出Pomax≥0.5W、效率η≥50%。⑤能按1-2秒的定时间隔单次和重复发出8个音阶。⑥能自动演奏简单的曲子（选做）。第1节　课题原理和课题方案简易音阶发生器的实现有多种方案，参考方案1如图2．1所示。它包括按键输入、频率控制器、正弦波振荡器、衰减器和功率放大器五个部分组成。图2．1简易电子琴参考方案1框图其中正弦波振荡器电路是产生C调八个音阶的信号源，音调效果取决于准确和稳定的振荡频率，因此，频率控制器是整个系统的关键部分；按键输入是控制频率控制器给出适当的频率控制字，调节振荡器的输出频率；衰减器

3、的目的是调节输出音量，最后由功率放大器推动扬声器发出声音。参考方案2如图2．2所示。该方案通过用电子开关切换多谐振荡器的频率，多谐振荡器输出的方波通过有源低通滤波器对信号作进一步的处理，滤出高频信号以获得较好的音质效果；用EDA技术，通过对CPLD/FPGA的编程控制按键输入的译码、定时、演奏方式控制和自动演奏。图2.2简易电子琴参考方案2框图1、音频功率放大器音频功率放大器可以有以下几种电路结构供参考（1）采用集成功率放大器构成的电路；（2）采用互补对称OCL或OTL电路构成功率放大电路；2、多谐振荡器方案2采用多谐振荡器可以考虑以下参考方案：（1）用非门电路构或555电路构成多谐振

4、荡器。（2）用运算放大器构成多谐振荡器，此时注意运算放大器的电源电压用±5V，不要太高。（3）用EDA技术，采用大规模可编程器件CPLD/FPGA，用其中的部分资源来构成多谐振荡器。（4）用MCU技术，采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器实现，外围逻辑器件主要是用于对A/D，D/A等器件的读写控制和片选控制；（5）用MCU完成课题的控制和计算部分，用EDA技术完成逻辑整合和数字显示的译码，D/A转换器完成数摸转换。3、频率控制和正弦波发生器方案1采用频率控制和正弦波发生器以下方案可供参考：（1）考虑EDA技术，用CPD/FPGA和D/A芯片进行直接数字频率合成（DDFS）产生正弦波，

5、频率控制精确，切换速度快。（2）通过MCU控制MAX038构成压控振荡器，直接产生正弦波。这种方式编程方便，但频率控制精度稍差一些。（1）用MCU控制DDS芯片AD9850，通过低通滤波器直接产生正弦波。这种方式由MCU向AD9850发出频率控制字，频率控制精确，切换速度快，且比（1）容易实现。第2节　课题实施内容及实验步骤（以方案2为例）由于课题内容比较多，工作量比较大，在完成硬件整体设计后，按先易后难、先小后大，先硬件后软件按功能模块进行实验和调试，建议如下：实验一　频率可切换的多谐振荡器该实验有以下两部分内容1、多谐振荡器多谐振荡器电路的一种如图2.3所示，工作原理是利用电容器C

6、的充、放电作用，在输出端获得矩形波。图2．3RC环形多谐振荡电路假定在接通电源后，电路最初处于第一暂稳态，即的Vi1=0、Vo1=1、Vo2=0及Vi3=1的状态，此时Vo1高电平经C、R和门G2输出端向C充电，随着充电时间的增加，Vi3的电位不断下降，当Vi3降到Vr=1.4V(TTL的门坎电平)时，电路发生下述正反馈过程：结果使门G1迅速导通，门G2截止，电路处于第二暂稳，即Vo1=0、Vo2=1、Vi3=0及Vo3=1，这时，Vo2高电平经R、C和门G1输出端向C反充电，使Vi3的电位不断上升，当Vi3上升到Vr=1.4V时，电路又产生下列正反馈过程：从而使门G2迅速导通和门G1

7、截止，电路又返回到第一暂稳态。此后，电路重复上述过程，在输出端获得矩形波，振荡频率为其中RO是与非门的输出电阻、RON是CMOS传输门TG的导通电阻。此外，还有一点有必要说明，CMOS传输门建议采用CD4016，它包含有四个独立的双向模拟开关，开关状态由控制信E决定，当E=1时，对应开关的导通电阻RON为几百欧姆；当E=0时，开关的断开电阻ROFF>102、可编程音阶振荡电路可编程音阶振荡电路如图2．4所示。电路由3线—8线译码器和RC环形多谐