数字电路与逻辑设计 简易电子琴演奏器 实验报告VIP专享VIP免费

一、实验任务要求1、基本要求：用8×8点阵显示“1234567”七个音符构成的电子琴键盘。其中点阵的第一列用一个LED点亮表示音符“1”，第二列用二个LED点亮表示音符“2”，依此类推。用BTN1～BTN7七个按键模拟电子琴手动演奏时的“1234567”七个音符。当某个按键按下时，数码管显示相应的音符，点阵上与之对应的音符显示列全灭，同时蜂鸣器演奏相应的声音；当按键弹开时数码管显示的音符灭掉，点阵显示恢复，蜂鸣器停止声音的输出。下图所示为按下BTN3按键时点阵的显示情况。由拨码开关切换选择高、中、低音，并用数码管进行相应的显示。通过按键BTN0进行复位，控制点阵显示初始状态。2、提高要求：可通过一个拨码开关进行手动/自动演奏的切换，并与点阵显示配合增加自动演奏乐曲的功能。增加手动演奏的音符存储、播放功能。3、创新功能：实现了升降音。实现了多首歌曲的播放选择与切换。实现了歌曲暂停以及录音清空。二、功能说明本实验利用开发板模拟电子琴演奏，总体上实现了通过按键弹奏电子琴，发音并输出音符与键盘的状态，另一方面实现了自动选择播放歌曲、暂停、复位、录音与录音播放的新功能。①发音：利用开发板的扬声器模块进行输出，在手动弹奏、自动播放、录音播放等状态下发出不同音调的音符以及不同的歌曲。②音符显示：利用开发板的数码管模块进行输出，在不同按键情况下输出该按键对应的音调值，如弹奏高音1时，输出“H1”。③键盘显示：利用开发板的点阵模块进行输出，在不同按键情况下将该按键对应的点阵列不显示，以此模仿琴键的按下，当按键抬起时，键盘又恢复原状。④自动播放：利用编程逻辑综合协调以上三个模块，首先通过按键选择歌曲（本实验存储了3首原创歌曲），然后播放相应的歌曲，并显示音符与键盘状态。当暂停开关被置位时，歌曲播放暂停，当此开关恢复原位时，从暂停点继续播放歌曲。当在播放歌曲时按下复位键，歌曲停止播放，等待重新选择歌曲。⑤录音：当录音开关打开时，使表示处于录音状态的LED灯点亮，同时记录此段时间内按键的状态变化，将这些状态变化转化为数组里的值进行存储。⑥录音播放：当录音播放开关打开时，使表示处于录音播放状态的LED灯点亮，同时输出记录在录音数组里的音符值，利用扬声器、数码管与点阵进行综合输出。三、系统设计1、设计思路本系统分为四大模块：主调用模块、状态切换模块、输出控制模块（控制音阶音调以及显示）、输出模块（发音）。模块设计逐层深入，主调用模块为接口层，负责综合各个分模块component，使得分模块间以及分模块与外部输入输出间建立联系。状态切换模块为核心控制层，它是最为重要的一层，通过从接口层获得不同信号，控制着状态机不同状态的切换。此处设置了五个状态：手动播放状态、自动播放状态、录音状态、录音播放状态、复位状态。输出控制模块为辅助控制层，它主要实现了输出的同步，通过接收状态机的状态信息，进而将信号统一传送至输出接口，使得点阵、数码管显示以及不同音调的分频发音同时进行输出模块为单独提取出来的发音模块，由于本实验中每个模块都需要发音的实现，因此将其单独作为一个模块，便于输出控制层对其的控制。在此，输出控制层只需将已配置好的音调信号传送给发音模块，便可实现不同音调的发声。因此，发音模块的内部实现了分频以及输出防抖。整体思路以状态转移为基础，在不同状态下传给输出控制不同信号，进而产生不同输出模块之间存在松耦合，即可以下一层的功能调用需要上一层的信号输入，但具体逻辑实现上并不会相互影响。2、系统总体框图(1)系统结构框图电子琴键盘按下按键复位音符显示控制音阶HNL扬声器发音(2)模块划分图(3)模块之间信息传递关系主调用模块输出控制模块输出模块状态切换模块分频器分频器输出控制模块输出控制模块主调用模块主调用模块input状态切换模块状态切换模块clkswitchrecorstoutput输出模块输出模块buttonfigurescatsspeak(4)ASM图开始开始选择播放模式选择播放模式音符显示音符显示选择音阶高低选择音阶高低结束结束选择歌曲选择歌曲播放音乐播放音乐是否（自动播放）是否手动播放？是否手动播放？有无按键输入？有无按键输入？等待...