附件1：文献综述
音乐发生器的综述
专业班级:电子本064 姓名:裘谊学号:06011687
摘要：音乐发生器目前广泛用于电子音乐贺卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。
由于其制作和修改方便，成本低，音乐丰满，所以市场需求量很大，因此，世界许多国家的厂商都不断地在发展并推出新的型号，每年都要更新换代。
本文先对音乐发生器的相关内容进行了概述,随后总结了几种音乐发生器基本电路控制系统的设计。
关键词：音乐发生器；单片机；CPLD
1音乐发生器的概述
1.1音乐发生器的由来
早在中世纪的欧洲，17世纪的钟楼经过调音，就可以发出有规律的声响了。
1796年，瑞士的一名种表匠发明了世界上最古老的音乐盒。
18世纪末设计的八音是以钟声、电铃为音源，演奏比较单调的音乐，后来经过各种各样的改良，出现了圆桶八音，手动八音、人形自动八音等。
中国第一台拥有知识产权的八音琴在中国宁波诞生。
目前全世界只有3个国家的八音琴是拥有专利权的，中国是其中之一。
这些都是最原始的机械音乐发生器。
随着可编程器件技术及电子系统设计的发展，各种电子的音乐发生器油然而生，比如我们常见的生日贺卡，打开时会有一段祝你生日快乐的音乐。
1.2音乐发生器的定义
音乐可以解释为一系列对于有声、无声具有时间性的组织，并含有不同音阶的节奏、旋律及和声。
音乐发生器就是能够产生一段给定音乐的设备。
1.3音乐发生器的发生机理
音乐是声源振动在弹性介质(如空气)中的传播，一首音乐包括了2个主要因素：组成音乐的每个音符的发音频率及其持续的时间。
音调的高低用简符来表示，如1Do，2Re，3Mi，音调的持续时间长短用节拍数表示，如1/4拍、2/4拍、3/4拍信号的频率按照音乐乐谱中简符对应的频率输出，并按节拍数持续一定时间，从而产生频率随时间变化而变化的音乐信号，输出的音乐信号通过电声转换发声器，如陶瓷片发声器、电磁喇叭等来发声，从而产生一首完整流畅的音乐[3]。
1.4音乐发生器的发展趋势
当前的音乐发生器发展趋势是不断的采用先进技术，取得更多、更好的音色。
如扩展容量，包括扩展槽口，增加最大发音数目，增大存贮量等；使功能多样化，如一台音乐发生器可以同时发二种、四种甚至几种音色，即一台当作几台使用；扩展功能，例如有的音乐发生器有“跟随”功能，即经预置，每一个音后可以跟随一个二度或三度音，“重叠”功能，轻奏或重奏时可以发不同音调或音色，可录音断电保留功能；另外，音乐发生器还向轻便、使用操作方便等方向发展[4]。
2音乐发生器控制电路的设计方法
音乐发生器的基本电路由乐谱和节拍发生器、频率预置数查找表、音调发生器和基准时钟、功放和扬声器构成。
2.1基于单片机的音乐发生器设计
用无中断功能，计数器只有8位的PIC系列基础级单片机(PIC16C5X)实现音乐。
方法根据音乐发声原理，利用PIC单片机的数据运算和处理功能，查表方式建立灵活通用的音乐程序。
通过单片机软件编程使单片机I/O口电平依乐谱简符对应的频率呈周期性变化。
通过电声转换发声器(如陶瓷片发声器、电磁喇叭等)发声(其持续时间由节拍数决定)，产生音乐。
缺点是功能欠缺，没有中断功能，计数器只有8位[2]。
VCC
图1 基于单片机的音乐发生器电路图
2.2基于CPLD的音乐发生器设计
可编程逻辑器件PLD( Programmable Logic De2vice)是在20世纪70年代研制出的一种新型专用集成电路芯片。
PLD 的逻辑功能是由用户通过对器件的编程来设定的，其集成度很高，足以满足一般数字系统的需要。
CPLD 是复杂可编程逻辑器件，规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用。
由于CPLD 在计数器、编码器、数据变换、总线控制和存储器控制等方面具有独特的优势，因而得到广泛的应用。
采用CPLD 器件作为音乐发生器的核心
器件，不仅成本低、体积小，而且对器件的功能修改方便，只需要修改程序，下载到器件中就可以改变音乐。
如图2所示，该音乐发生器的硬件电路由电源电路、晶振电路、CPLD 器件、滤波整形电路及发声喇叭组成[1]。
图2 基于CPLD的音乐发生器系统框图
基于EDA技术，以QuartusⅡ为软件开发工具，采用VHDL语言，实现MIDI 音乐发生器芯片的设计。
该芯片配上必要的外围电路，可以发出美妙的MIDI音乐。
关键是要准确地产生音乐中各音符所对应的频率信号，并根据乐曲要求按节拍输出为了减少系统复杂性，设计根据可变的模值计数器的原理，按照乐曲要求定时改变计数器的预置数，即可产生乐曲所需要的频率信号。
组成音乐芯片的各模块如下图，音乐编码器模块包括节拍控制电路和音符产生电路。
节拍控制电路以乐曲中最短音符的节拍为基准，产生乐曲所需要的全部节拍。
音符产生电路采用查找表形式。
在节拍控制产生电路的节拍信号作用下，按乐曲中音符持续时间的长短输出相应音符名称。
音调发生器模块包括预置数产生电路和频率发生器。
预置数产生电路设计采用查找表形式，按照音符的频率要求产生相应的预置数。
频率发生器由可变模值计数器实现。
彩灯闪烁控制电路主要是控制灯的亮和灭，此电路输出高低电平信号，就可以直接驱动发光二极管，灯的亮灭按照音乐的节奏闪烁，闪烁效果可以给人以美感[7]。
音调发生器
图3 CPLD芯片内部原理框图
3总结
通过对实现音乐发生器电路系统的2种主要方法的分析比对，并简单总结如下。
1、CPLD是新型的可编程逻辑器件。
其最大优点为集程度高、工作速度快、价格低廉，以及其更广的兼容性、更高的性价比、更方便的开发手段和更快的上市节奏。
CPLD 器件的应用已经成为电子技术人员不可缺少的必要技能。
2、采用单片机控制的电子音乐发生器也有其独特的优点:电路设计简单、系统体积小、成本低；音乐中的音调和节拍准确；同时还能根据用户的要求存放喜欢的歌曲，有较大的灵活性和趣味性。
3、FPGA有大量软核，可以方便进行二次开发FPGA甚至包含单片机和DSP软核，并且IO数仅受FPGA自身IO限制，所以，FPGA又是单片机和DSP的超集，也就是说，单片机和DSP能实现的功能，FPGA一般都能实现。
鉴于本次设计的需要，我觉得采用FPGA设计音乐播放控制电路比较合适，效果会更好。
总而言之，在以后的设计中能够综合他们的各自的特点来为设计锦上添花，针对性的吸取它们在某方面的精华，避开冲突。
系统设计简单，程序简洁易懂，能够满足各种场合需求并且具有很强实用性的音乐播放控制电路系统与实现方案一直是我们努力的方向，能流畅播放美妙的乐曲是研究该课题的不变目标。
参考文献
[1] 程瑶,万文略,刘艳,宋学武.可编程音乐发生器的设计[J].重庆工学院学报,2008,22(4):10-11.
[2] 周灵彬.用PIC16C5X单片机实现音乐的原理和方法[J].华北工学院学报,2002,
23(3):173-176.
[3] 魏东,叶葵,李维林.基于VHDL的乐曲演奏器设计[J].应用科技,2003,30(1):45-47.
[4] 谢秋玲.编辑乐曲演奏器的设计[J].电子世界,2003(10):23-25.
[5] 曾繁泰,李冰,李晓林．EDA工程概论[M].北京:清华大学出版社.2002.
[6] 褚振勇,翁木云.FPGA设计及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社.2002.
[7] 袁慧梅,宋宇.基于CPLD的MIDI音乐播放器的设计[J].微计算机信息,2006,
22(2):143-145.
[8] 曾繁泰.VHDL程序设计[M].北京:清华大学出版社,2000.
[9] 蒋小燕,俞伟钧,张立臣.EDA技术及VHDL[M].南京:东南大学出版社,2008.
[10] 江国强.EDA技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2008.
[11] 崔葛瑾,沈利芳,李伟民.基于FPGA的数字电路系统设计[M].西安:西安电子科技大学出
版社,2008.
[12] 高书莉,罗朝霞.可编程逻辑设计技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[13] Karhunen J.Application of neural blind separation to signal and image Processing [J].
ProcICASSP.1997,(2):131-134.。