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声音的产生是由于发声物体以一定的频率振动，带动周围的空气振动，使动耳朵内的听小骨一起振动，这些振动被转换为微弱的电子脑波，它就使我们觉察到了声音。不同的发声物体（声源）音色不同。声源振动的快慢不一样即产生的频率不一样，故有高音、低音、中高音、中低音等区分。由于声源振动的幅度大小不一样，所以我们听到的声音有大小的区分。本文主要通过对输入的时钟频率按不同的分频比进行分频，以达到产生不同频率的声音。/ W% |4 w% K5 ~ _ Y
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1 音频发生器基本原理及顶层设计 p# X$ v# H$ B) p1 k' d. j
音频发生是基于声音的发生原理，利用外部晶振输入固定的频率（12MHz），由内部进行不同的分频得到，由于从数控分频器出来的信号是脉冲极窄的脉冲信号，为了能有效的驱动扬声器，需要外加一个D触发器以便于均衡占空比，这样出来的信号的频率就只有原信号的一半（6MHz）。
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! c1 c6 B- ^6 f& q" t7 n本音频发生器主要实现两个功能，通过按键选择。功能一可以通过按键让喇叭发出不同频率的声音，功能二可以预播放预设置的音频。4 U6 e e$ W6 `) U F
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2 底层模块设计
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图1 音频发生器顶层各模块连接图
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" |6 {, }2 L* [6 a: i2.1 按键模块% V9 Y( Y+ c! }' f
由于本模块可以实现13个不同的音调（7个低音，6个高音），所以在按键模块有13个拨码开关输入，采用编码的方式把13中不同的编码转换为4为的数据输出。为了同步于自动播放的模块，本模块与自动模块采用同一时钟信号（8Hz），以上升沿触发的形式触发得到按键的输入。
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" k7 [& X1 h8 k' a2.2 信号选择模块+ y: D# k+ g; B- m) W+ o
由于本模块可以实现自动播放于手动输入音调的功能，为此为了能实现单一的信号输入，必须在音频信号处理之前对输入的信号给予选择。此模块有三个信号输入，一个信号选择短，两个输入信号。还有一个信号输出端，对于选中的信号直接输出。9 b. i0 s7 S3 L3 p
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2.3 自动信号产生模块4 ?5 r3 q! s/ b3 Z ]
由于本模块可以实现自动播放内置歌曲的功能，所以必须要有一个模块来产生播放信号，此模块由8Hz 时钟输入，以计时器的方式产生4位的信号输出。% l! l0 g. [% x+ J' e
3 |" ~6 ^6 x$ A, ~' q
2.4 译码模块
0 E9 M2 j0 e: h8 r, O/ v. _( q# J此模块的输入由选择器的输出的得，由于选择的输出是4位数据，所以需要由此模块进行译码以判断输出的高音/ 低音，也便把输入的数据输出显示，并且的到分频比以便于用于下一模块的分频。
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2.5 分频模块- j) ?# n% y' u0 c
此模块有输入12MHz时钟频率，由输入的4位总线型数据控制对12MHz的信号进行不同比例的分频，然后经D触发器进行脉冲展宽，使扬声器有足够的功率发音。: G( t+ S; L# y
! G5 N3 G- H6 l% h& U1 f6 y如：将PreCLK为CLK的16分频
8 v: G6 | u* T7 WDivideCLK : PROCESS(clk)! K! I9 h9 F/ r) Q6 k. a
VARIABLE Count4 : STD_
( O- S/ P+ _5 f( pLOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0) ;
' ?/ v' h% B% ^, B3 _. ]9 VBEGIN; H* X6 Q7 d$ y5 ]) ^$ ?6 e) x
PreCLK 11 THEN PreCLK$ y0 L5 u) |% m0 a" O
4 g+ S1 J) c. }2 e8 ?0 V" r0 a经过仿真，证实系统方案可行。
9 M8 v0 l/ k/ d: s$ y) b l
1 p3 Z4 J( w, B3 w |
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发表于 2022-1-5 12:17
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