一種音樂播放控制電路的設(shè)計
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這樣，分頻系數(shù)表只需考慮7個音高。由于計數(shù)脈沖只能分頻降低，所以表中應(yīng)該存儲高音程7個不同音名對應(yīng)的計數(shù)器預(yù)置值，其他兩個音程可通過降低分頻計數(shù)器的脈沖頻率實(shí)現(xiàn)。
3個8度音程的21個音高至少需要5位二進(jìn)制碼表示。為了控制方便，考慮將音名和音程分別編碼：7個音名和休止符采用3位二進(jìn)制碼表示，控制分頻器計數(shù)器的預(yù)置數(shù)實(shí)現(xiàn)模值N修改；3個音程用2位二進(jìn)制碼表示，控制分頻器的計數(shù)脈沖頻率fs。
2．2 音長控制
曲譜存儲單元的數(shù)據(jù)輸出時間是時值計數(shù)脈沖的一個周期，決定了該單元音符的持續(xù)時間。所以，與計數(shù)脈沖周期相同時值的音符為音長的度量單位，其音符碼占1個存儲單元。其他音符根據(jù)其時值長短占據(jù)不同數(shù)量的存儲單元。比如，若以8分音符的時值作為存儲器地址計數(shù)器的脈沖周期，則8分音符碼占1個存儲單元，4分音符占2個存儲單元，2分音符占4個存儲單元，以此類推。
因此，可以所選曲譜的最短音符作為時值的度量單位。比如，圖3所示的《梁?！非V中最短的音符為8分音，若其編碼存放1個存儲單元，則時值計數(shù)脈沖周期為一個8分音長時間，可選O．5 s。曲譜中的四分音符碼需要存放2個單元，一拍延長音也需要2個單元。該段曲譜有8個音節(jié)，每個音節(jié)是一個全音(8個8分音)，演奏總時值為8×8個8分音。所以，存儲曲譜編碼的存儲器需要64個存儲單元。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180309.htm
2．3 音強(qiáng)控制
音的強(qiáng)度也稱音的力度，體現(xiàn)了樂曲的情感元素。由于本設(shè)計實(shí)現(xiàn)的是簡單的電子音樂播放，無法表現(xiàn)音強(qiáng)的不同。而且，參考方案還不能區(qū)別相同音高的音符連續(xù)與否。比如，兩個八分音符“11”的總時值與一個四分音符“1”的時值相同，但體現(xiàn)的樂聲是不同的。前者是兩個強(qiáng)8分音，而后者可以認(rèn)為是一個強(qiáng)8分音和一個弱8分音構(gòu)成。為了解決這個問題，可以在連續(xù)的相同強(qiáng)音間加一個極短促的間斷區(qū)別兩者的不同，間斷時間可以是幾個毫秒。這樣，在音符編碼中應(yīng)該有一位碼控制。
如果間斷音碼單獨(dú)占1個存儲單元，可設(shè)置間斷音標(biāo)志，控制時值計數(shù)器狀態(tài)為間斷信息單元地址時計數(shù)頻率改變，使間斷碼輸出的時間為間斷音長；如果間斷音碼與強(qiáng)音碼存放同一單元，可觸發(fā)數(shù)字單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生問斷控制信號EN。
2．4 樂曲的循環(huán)播放控制
為了實(shí)現(xiàn)樂曲的循環(huán)播放，應(yīng)該在樂曲結(jié)束時使曲譜表的查表地址回到初始值。可在曲譜表的最后一個單元中存放一個結(jié)束符，結(jié)束符的編碼可以利用音程碼的冗余碼。電路采用邏輯門對音程碼進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)結(jié)束符碼時控制時值計數(shù)器復(fù)位，樂曲重新開始演奏。
2．5 曲譜編碼舉例
設(shè)音符的6位二進(jìn)制編碼中，最高位為間斷音控制，中間2位為音程碼，最低3位為音名碼。每個8分音存放于1個存儲單元，四分音符碼占2個存儲單元。若音名碼用其簡譜數(shù)符對應(yīng)的二進(jìn)制碼表示，而低、中、高三個音程分別用01”，“00，“10”三組碼表示，“11”為結(jié)束符碼，則圖3曲譜碼存儲表如表2所示。表中6位二進(jìn)制音符碼用2位八進(jìn)制數(shù)表示。
3 電路的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)設(shè)計電路原理框圖，曲譜碼以分頻數(shù)編碼，音高信號分頻由一個可預(yù)置的模N計數(shù)器實(shí)現(xiàn)。分頻系數(shù)表和曲譜表都存儲在ROM中。若希望控制蜂鳴器的信號占空比為50％，分頻器的輸出信號采用二分頻電路實(shí)現(xiàn)占空比整形，但注意信號頻率被降低一半。電路原理框圖中M分頻器的作用是產(chǎn)生合適的時值計數(shù)脈沖頻率。電路的頂層原理圖如圖4所示。
4 結(jié)語
FPGA技術(shù)已成為電子系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域現(xiàn)代化的標(biāo)志。本文將FPGA用于電子技術(shù)課程設(shè)計，取得了較好的效果。通過本設(shè)計激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，拓寬了學(xué)生的思路，為學(xué)生今后的畢業(yè)設(shè)計和從事電子技術(shù)方面的科研、開發(fā)工作打下了良好的基礎(chǔ)。
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