音乐播放控制电路设计方案
音乐播放控制电路设计方案
关键字：电子技术 FPGA ROM
&&&&& 随着电子技术发展，电子电路的形式趋向复杂化，面对这一状况，人们已经清醒地认识到，要分析和设计复杂的电子系统人工的方法已不适用。依靠传统的实验教学已远不能满足社会对高新技术人才的培养需要。本文就一个综合性的实例&音乐播放控制电路&的设计过程具体说明了FPGA在电子电路
关键字：电子技术 FPGA ROM
&&&&& 随着电子技术发展，电子电路的形式趋向复杂化，面对这一状况，人们已经清醒地认识到，要分析和设计复杂的电子系统人工的方法已不适用。依靠传统的实验教学已远不能满足社会对高新技术人才的培养需要。本文就一个综合性的实例&音乐播放控制电路&的设计过程具体说明了FPGA在电子电路设计中所起的作用。
　　1 总体方案的设计
　　设计一个具有3个八度音程的电子音乐自动循环播放电路，具体曲目可以由设计者自由编辑，以简谱的二进制编码形式存放在ROM的数据文件中。
设计要求如下：
　　(1)采用5位二进制码表示音高信息，曲谱码存储器的地址由时值计数器控制，计数频率按乐曲的演奏速度选择，每个脉冲周期是所选曲谱中最短音符的时值。存储器在时值计数脉冲作用下顺序输出音高码控制分频器。
　　(2)采用20 Hz～20 kHz的音频脉冲信号控制蜂鸣器，可以使其根据控制信号频率发出不同的音调。
　　音乐播放控制电路设计方案原理框图如图1所示。
&　　2 设计任务分析
　　2．1 音高编码和分频控制
　　计数器模值控制的方法很多，改变预置数控制模值是比较简单的一种。分频计数器的预置数与分频率和计数方式、预置方式有关。当采用减计数器、并以计数器的溢出信号(Carry Out)实现异步预置控制时，计数器的模(分频率)等于预置数。比如，当计数脉冲频率为10 MHz时，若希望产生音高&5&，并考虑占空比整形的二分频作用，分频系数(计数器的模)应该是3 188．9，四舍五入后的计数器预置数应该是3 189。其溢出信号的频率为3 135．8 Hz，控制蜂鸣器的信号频率为1 567．9 Hz，满足音高频率要求。若采用同步预置方式，则计数器的预置数应该是模减1，为3 188。由于计数器的溢出信号可能出现冒险干扰，采用同步预置的方法比较安全。
　　分析表1可见，表中3个不同音程相同音名(同一行)的信号频率都相差一倍。
&　　即音程升、降8度时，频率增加或减小一倍。所以，若分频计数器的计数脉冲频率降低一倍时，蜂鸣器发出的音调降低8度。比如，当分频率仍为3 189，但计数脉冲频率为5 MHz时，控制蜂鸣器的信号频率为784 Hz，为中音&5&。
　　因此若采用模值和输入脉冲频率都可控的计数器实现信号分频，可根据音程码选择分频计数器的输入脉冲频率fs、根据音名码控制分频计数器的模值N，如图2所示。
&　　这样，分频系数表只需考虑7个音高。由于计数脉冲只能分频降低，所以表中应该存储高音程7个不同音名对应的计数器预置值，其他两个音程可通过降低分频计数器的脉冲频率实现。
　　3个8度音程的21个音高至少需要5位二进制码表示。为了控制方便，考虑将音名和音程分别编码：7个音名和休止符采用3位二进制码表示，控制分频器计数器的预置数实现模值N修改；3个音程用2位二进制码表示，控制分频器的计数脉冲频率fs。
&&&&&&& 2．2 音长控制
　　曲谱存储单元的数据输出时间是时值计数脉冲的一个周期，决定了该单元音符的持续时间。所以，与计数脉冲周期相同时值的音符为音长的度量单位，其音符码占1个存储单元。其他音符根据其时值长短占据不同数量的存储单元。比如，若以8分音符的时值作为存储器地址计数器的脉冲周期，则8分音符码占 1个存储单元，4分音符占2个存储单元，2分音符占4个存储单元，以此类推。
　　因此，可以所选曲谱的最短音符作为时值的度量单位。比如，图3所示的《梁祝》曲谱中最短的音符为8分音，若其编码存放1个存储单元，则时值计数脉冲周期为一个8分音长时间，可选O．5 s。曲谱中的四分音符码需要存放2个单元，一拍延长音也需要2个单元。该段曲谱有8个音节，每个音节是一个全音(8个8分音)，演奏总时值为8&8个8分音。所以，存储曲谱编码的存储器需要64个存储单元。
&　　2．3 音强控制
　　音的强度也称音的力度，体现了乐曲的情感元素。由于本设计实现的是简单的电子音乐播放，无法表现音强的不同。而且，参考方案还不能区别相同音高的音符连续与否。比如，两个八分音符&11&的总时值与一个四分音符&1&的时值相同，但体现的乐声是不同的。前者是两个强8分音，而后者可以认为是一个强8分音和一个弱8分音构成。为了解决这个问题，可以在连续的相同强音间加一个极短促的间断区别两者的不同，间断时间可以是几个毫秒。这样，在音符编码中应该有一位码控制。
　　如果间断音码单独占1个存储单元，可设置间断音标志，控制时值计数器状态为间断信息单元地址时计数频率改变，使间断码输出的时间为间断音长；如果间断音码与强音码存放同一单元，可触发数字单稳态电路产生问断控制信号EN。
2．4 乐曲的循环播放控制
　　为了实现乐曲的循环播放，应该在乐曲结束时使曲谱表的查表地址回到初始值。可在曲谱表的最后一个单元中存放一个结束符，结束符的编码可以利用音程码的冗余码。电路采用逻辑门对音程码进行判断，当出现结束符码时控制时值计数器复位，乐曲重新开始演奏。
2．5 曲谱编码举例
　　设音符的6位二进制编码中，最高位为间断音控制，中间2位为音程码，最低3位为音名码。每个8分音存放于1个存储单元，四分音符码占2个存储单元。若音名码用其简谱数符对应的二进制码表示，而低、中、高三个音程分别用&01&，&00&，&10&三组码表示，&11&为结束符码，则图3曲谱码存储表如表2 所示。表中6位二进制音符码用2位八进制数表示。
&　　3 电路的实现
　　根据设计电路原理框图，曲谱码以分频数编码，音高信号分频由一个可预置的模N计数器实现。分频系数表和曲谱表都存储在ROM中。若希望控制蜂鸣器的信号占空比为50％，分频器的输出信号采用二分频电路实现占空比整形，但注意信号频率被降低一半。电路原理框图中M分频器的作用是产生合适的时值计数脉冲频率。电路的顶层原理图如图4所示。
&　　4 结语
　　FPGA技术已成为电子系统设计领域现代化的标志。本文将FPGA用于电子技术课程设计，取得了较好的效果。通过本设计激发了学生学习的兴趣，拓宽了学生的思路，为学生今后的毕业设计和从事电子技术方面的科研、开发工作打下了良好的基础。
型号/产品名
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深圳市福田区新亚洲盈宝电子商行路灯的控制电路设计相关
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小型直流电机控制电路设计《小型直流电机控制电路设计》要介绍小型直流电机的基本特性、设计方法及应用实例。主要内容包括电机与控制电路的基本特性、直流电机控制电路的设计、无电刷直流电机控制电路的设计、无传感器直流电机的驱动法、反馈控制电路的设计、30W级直流电机控制电路的设计实例、步进电机与驱动电路的种类和特点、微步驱动电路的实验、旋转检测传感器的使用方法等。在本书的第3部分，还给出了与直流电机有关的专业名词的解释，对于读者理解书中的内容有很大的帮助。　　本书内容实用性强、结构清晰合理、言简意赅，对实际操作有很强的指导性和借鉴意义。　　《小型直流电机控制电路设计》适合各大专院校电子、电工等相关专业的师生参考阅读，同时适合作为广大电气从业技术人员的参考用书。第1部分 电机与控制电路的基本知识第1章 电机与控制电路的基本特性1.1 速度控制电路、位置控制电路、转矩控制电路的特征1.2 电机的种类与控制电路的特征1.3 电机的三个基本特性附录按相应目的选用控制器及电机的方法第2部分 电机控制电路的设计第2章 直流电机控制电路的没计2.1 直流电机的定义与种类2.2 有电刷直流电机的构造及工作原理2.3 直流电机的等效电路与基本特性2.4 有电刷直流电机的控制2.5 有电刷直流电机的参数第3章 无电刷直流电机控制电路的设计3.1 3相无电刷直流电机的构造3.1.1 构造与驱动方法3.2 测定3相无电刷直流电机的特性3.2.1 概述3.2.2 M63006FP的构成及其基本功能3.2.3 测定结果5.3 反馈技术的基础5.3.1 方框图5.3.2 反馈电路的传递函数5.3.3 GH的大小与反馈电路的工作5.4 传递函数的基础5.4.1 系统的传递函数是两个简单传递函数的组合5.4.2 频率特性5.5 直流电机伺服系统的设计示例5.5.1 电路组成5.5.2 决定电路稳定性的开环传递函数5.5.3 电机与测速发电机合并的传递函数M（jw）5.5.4 电机驱动器的增益Kd5.5.5 频率一电压变换电路的传递函数H（jw）5.5.6 画出G（jw）的伯德图5.5.7 小结第6章 30W级直流电机控制电路的设计实例6.1 系统设计6.1.1 设计参数6.1.2 设计速度控制电路6.2 各组成电路及元件6.2.1 电机驱动电路6.2.2 使用直流电机DSE48BE25-1536.2.3 脉冲宽度调制电路6.2.4 停顿时间电路6.2.5 速度检测电路6.2.6 速度及电流控制电路6.2.7 电源电路的补充说明6.3 参数与元器件的选定6.3.1 系统的响应频率带宽6.3.2 电流环路的传递函数及电路参数……第3部分 对解读本书有帮助的直流电机词汇电路控制设计
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