音乐演奏器设计论文

音乐演奏器设计与制作

摘 要

本设计以嵌入式最小系统为核心，设计一个带记忆播放、自编乐曲功能的音乐演奏器, 具有弹奏录音、录音播放和歌曲播放功能。在硬件主要有五大模块电路组成：嵌入式最小系统、12琴键、DDS信号发生器、功放电路和信号接收与发送系统，其中DDS芯片产生频率稳定度很高的音频信号，单片机控制发送接收系统，经过开关低通滤波器进行滤波，再经功率放大电路进行功率放大，从而可以驱动一定的负载。

1、方案论证与比较

1.1 波形产生方案的论证

方案一：采用单片机+FPGA实现

单片机控制技术与FPGA相结合，可以实现所需波形。由FPGA和高速D/A转换器组成DDS信号发生器的核心部分。可编程逻辑器件FPGA以其速度高、规模大、可编程，以及有强大的DEA软件支持等特性，适合实现DDS技术。 方案二：采用专用DDS集成芯片的技术

由于AD9850采用先进的直接数字频率合成技术，内含可编程的DDFS系统、高速数模转换器以及高速内置比较器，能实现数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。系统采用嵌入式最小系统2132控制AD9850专用DDS集成芯片实现信号发生器,经过LTC6600-10集成开关电容滤波器进行滤波，得到频谱纯净的正弦信号，在经过运放MAX4016电压放大，功率放大电路LM4766进行功率放大，驱动喇叭。

比较上述方案，方案一产生的DDS信号发生器输出信号的质量不如DDS芯片的水平而且题目对波形的质量有严格的要求，而利用数字频率合成专用集成芯片AD9850实现信号发生器不仅可以大大简化系统的硬件制作难度。就合成质量而言，专用芯片由于采用了特定的集成工艺，内部数字信号抖动很小，输出信号指标较高，性价比高，所以我们采用此方案二产生DDS信号。

1.2 功率放大电路的选择

功放 LM4766 输出功率 0W到30W 带宽 8MHz 400KHz 失真度（THD） 电 源 是否有保护措施 0.06%双电源9v－30v 是 （20Hz

2、系统总框图

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系统电路总体框图如图1.

键盘单片机发送信号

功放喇叭接收模块嵌入式最小系统DDS信号发生器

图1系统电路总图 3、单元电路及计算

3.1、主控部分

选用的控制芯片2132是整个系统的控制核心。嵌入式最小系统2132具有高性能、低成本、低功耗的32位微处理器，它的主要功能是：由它发命令给DDS电路，来改变信号的状态。

3.2 AD9850专用DDS芯片产生正弦波

DDS系统采用2M的有源晶振作为输入基准频率。采用AD9850实现DDS信号发生器原理如图2，电路通过J1接口与嵌入式最小系统芯片相连，其中D0—D7与嵌入式最小系统的串行相连， FQ_UD,W_CLK分别与嵌入式最小系统的I/O口线相接。AD9850内部DAC为电流输出，IOUT和IONTB为DAC输出的电流信号。通过外接电阻R2和R3将电流信号转换为电压信号。为了得到频率纯净的的正弦波信号，由DAC输出的电压信号应经过低通滤波。采用一片集成开关电容低通滤波器LTC6600-10，截止频率为10MHz内部还有一全差分放大器，通过改变R4和R5的阻值可获得不同的放大倍数。

AD9850的控制字由W0—W4五个字节构成，其中W0为相位控制字，W1—W4为位的频率控制字，W1为高字节，W4为低字节， 嵌入式最小系统对AD9850的控制就是将5字节正确的送入AD9850。

输出信号波形的频率为

fout?KfcN2

式中，fout为输出信号频率；K为频率控制字；N为相位累加器字长；fc 2

为标准参考频率源工作频率。

图2 DDS信号发生电路

3.3 放大驱动模块

放大电路如图3，由150MHz高速双运放MAX4016和电位器组成，差分信号输入、单端信号输出；通过控制电位器来控制电压放大倍数。

+5VC6.86.8uFC50.1uFGNDR5J112R41kR61KGNDC7GNDC66.8uFR111KGND8213MAX401641KU2R82K675MAX40161GNDPR110KU2J20.1uFGND-5V-5R91K10KPR2R10+51K 图3 放大模块

2.4 功率放大部分

功率放大电路如图4，采用LM4766为功率放大器，在负载电阻8欧的条件下

能满足额定功率大于2W，而且带宽大于50Hz~5000Hz..满功率输出时失真度也小于所要求的。

+VCCC10.1uF2R1 ARGND?837---46OPAMPSPEAKEROUTPUTLS?1KR5CS1K0.01uFGNDCM0.01uFGNDS1-VCCR720KR41K

图4 功率放大部分

GNDC622uF

3.5 无线信号发送接收

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无线信号发送接收部分采用PT2262/2272。产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路， PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。如图5.

图5 信号发射与接收

3.6键盘电路

图6单片机ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。，键盘采用单片机控制16位键盘。通过中断来检测按键是否按下。从而控制不同的的音调。

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