数字电路综合实验报告

数字电路综合实验报告

设计并实现一个具有声光显示的电子节拍器

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一：设计课题的任务要求

设计并实现一个具有声光显示的电子节拍器。

基本要求：

1、 速度在40~120 次/分钟范围内连续可调，通过2 个按键进行速度调节，一个用来增 加，一个用来减少，当长按按键时，按5 次/秒的速度连续增加或减少，用3 个数码 管显示当前速度。

2、 节拍有1/4、2/4、3/4、4/4、3/8、6/8 可选，通过一个按键选择，用2 个数码管显示。 3、 通过一个按键开始和停止打节拍，开始后按照设置好的节拍和速度打节拍。

4、 要求有声音和灯光提示，声音要有强弱区别，灯光可用不同颜色的发光二极管表示 强弱。

提高要求：

1、 通过一个按键选择时值（节奏类型），并在用点阵显示，如下图。

2、 自拟其他功能。

二：系统设计

1、 设计思路：

首先根据设计要求，在输入端有三个部分，即开关、速度选择和节拍选择，其中速度选择又分为加速和减速。开关可由一个按键设置；速度的设置范围为40-120次/分钟，加速和减速可各设置一个按键，短按变化1，长按变化5；节拍可由一个按键设置，按一下变化一个节拍。输出则要有数码管的显示，LED的显示，以及蜂鸣器。LED和蜂鸣器状态的判定条件相同，即选择的节拍和速度。

由乐理知识，节拍分为强、次强、弱三个状态，为表示区分，用频率不相同的三个声调do、re、mi来表示，LED灯则用三种颜色的灯来区分。

需要注意的时，在设置速度长按变化时，要注意防抖部分的设置。

2、 系统框图：

速度选择

节拍选择

数码管显示 模式判定 强弱分频 时钟 蜂鸣器 LED 3、分块设计:

(1) 速度选择：

输入端分为加速、减速、复位、时钟输入端。输入端输入长按或短按两种信号（如tmp1、tmp1_1），输出端S作为速度的变化量传输给下个模块。

该模块实现的功能为：当没有按键输出时，速度为初始状态；当短按一下加速按键，S加1,；当长按加速按键，若此时S小于75，S加5，若S大于75，S等于80。减速同理。

状态转移图如图所示

tmp1_1=0,短按 S=S+1 Add=1 S S=S+5 Add=0 Add=1,tmp1=49长按 Add=1 S>75 S=80 (2) 节拍选择：

输入端按键输入由SR表示，SR=1时表示有按键输入，clear为复位端，clk为时钟输入端，J为三位二进制变量分别表示节拍。

该模块实现的功能为：刚开始没有按键输入时默认节拍1/4，即J=001。每当有按键输入，变化一个节拍，J=J+1。当显示节拍6/8，即SR=1且J=110，下一个节拍变为1/4，即J=001。

状态转移图如图所示：

011 010

100 001 110 101

（3）显示判定

输入端为时钟模块输出的speed，节拍模块输出的节拍J，clear为复位端。输出端V1代表强，V2代表次强，V3代表弱。

此模块实现的功能为：节拍1/4为强，间隔为2时间分量；2/4拍为强、弱，间隔为2时间分量；3/4拍为强、弱、弱，间隔为2时间分量；4/4拍为强、弱、次强、弱，间隔为2时间分量；3/8拍为强、弱、弱，间隔为1时间分量；6/8拍为强、弱、弱、次强、弱、弱，间隔为1时间分量。

（4）分频模块：

输入端为选择模块判定的状态V1、V2、V3，clear为复位端，clk为时钟输入端。输出端为音阶，V1为mi，V2为do，V3为re。

该模块实现的功能为：将判定模块输出的状态分频输出，即将输出的信号规定一定的频率范围再输出，超过范围则赋值0并将时钟翻转。

（5）时钟模块：

输入端为总体外部时钟clk，速度模块的输出S，clear为复位端。输出的SPEED作为模式判定模块的速度输入，clkout作为速度模块和节拍选择模块的时钟输入。

（6）数码管显示模块：