专利名称：电子琴音源发生器逻辑电路的制作方法
用于电子琴中的一种音源发生器，属基本电子线路技术领域。
目前市场上出售的各种电子琴，其音源发生器电路都是另星的，不完整的，目前尚未在公开的刊物上发现过一部完整的电子琴音源发生器逻缉电路。
本发明的目的是设计一种可以大规模集成的音源发生器逻缉电路。
本发明由八个部分电路组成如
图1所示并行数据输入与译码电路5、音阶编码分配电路6、颤音发生电路7、包络设置电路9、包络控制电路10及音阶叠加合成电路8等。图中1是并行数据输入，2是主时钟输入，11是音源时钟输入，14是包络R-C回路设定，16是颤音编码输入。
图2～图8是八个部分电路框图的详细说明。
图2是并行数据输入与译码电路框图，它由四组动态移位寄存器20、一个或非-或非译码矩阵18、一个与非译码矩阵17、一个同步信号检测电路19、以及主时钟驱动器21、主时钟22组成。主时钟的频率为470KHZ，经过内部驱动器后的信号，送至串行数据输入与译码电路，用来接收输入的琴键编码并行数据。并行数据输入1的4位数据编码，经移位寄存器20分离以后，先由同步信号检测电路19检测到同步信号，并使整个电路进入正常工作周期。由十一组2×4位二进制编码组成的通道数据与工作命令，在外部主时钟的驱动下不断地周期性刷新。每组通道编码中的音阶编码由或非-或非矩阵18译出;八度编码26由与非矩阵17译出。它们的输出信号都送至基准音阶发生与八度选择电路。通道允许工作选择信号24输送至包络控制电路10。由同步信号检测电路19输出的信号，用来使通道数据输入与矩阵译码输出同步，并作为所有十个通道的扫描脉冲的时钟信号，送至音阶编码分配电路6和包络控制电路10。
图3是基准音阶发生与八度选择电路，它由十个相同结构的单元电路z1，z2，……z10组成，每个单元电路由基准音阶发生31、4个二分频计数器30、分频系数调整电路28、八度选择门29、时钟37、时钟驱动器35、复位信号36组成。其作用是产生与按下的琴键对应的音阶模拟信号。该信号通过以下过程获得首先得到基准音阶的频率，是由一个可变系数分频器对音源时钟分频后得到的。其次按该琴键在键盘中所处的八度音程的位置，选择合适的八度分频级数。为了进一步提高分频的精确性，减少音分误差，还增加了一个分频系数调整电路28。基准音阶发生31由6个可预置数的移位寄存器、检出门、异或门、及分频系数调整电路组成。从并行数据输入与译码电路，输入予置数至移位寄存器，经选通后存储在移位寄存器，经选通后存储在移位寄存器的栅电容上，在音源时钟的驱动下，分频器开始工作，将存储在栅电容上的予置数读入分频系数调整电路，并向八度选择电路发送分频脉冲。
八度选择电路由4个二分频计数器30和一个八度选择门29组成，它可选择1、2、4、8、16分频中的一个并向音阶叠加合成电路27输出。
49个琴键中每十二个键为一个八度音程范围，可分成5个八度，相邻二个八度中音各相同的琴键，它们的音阶频率是2倍频或2分频的关系。因此通过可变系数分频器得到了最高音阶的十二个基准频率之后，通过四次二分频便可获得所有音阶的频率。
图4是串行数据输入与译码电路，它由脉冲分离电路39与译码电路38两部分组成。串行输入的数据42在时钟信号43作用下，输入有关电子琴节奏、音色、工作模式等编码数据。来自并行数据输入3与译码电路的同步信号44，经时钟信号分离后，产生6个扫描脉冲信号，将串行编码分离出来，送至译码器38，暂存于栅电容中，待下次同步信号来了之后重新给予刷新。在此期间还产生了2个时序信号，分别送至包络控制电路10和音阶编码分配电路6，用来进一步读同步信号之后的工作命令和产生通道数据存储选通信号。译码电路的输出信号，分别送至颤音发生电路7、包络设置电路9和包络控制电路10，表示不同的音色要求。
图5是音阶编码分配电路。它由十一级移位寄存器46和锁存器47组成。在来自并行数据输入3与译码电路5的时钟信号作用下，产生十个通道的编码存储选通信号，送往基准音阶发生与八度选择电路4和包络设置电路9。移位寄存器还产生两个时序信号，通过一个R-S触发器，把整个循环周期分成两个区域，分别用来发送与伴奏和独奏有关的工作命令和通道选择。每当电路从并行数据输入3中，接收到一个或数个通道允许工作命令后，均存入锁存器中。在第二个循环周期开始时，让时钟信号将锁存器状态送至键盘通输出端，输出键开信号，表示已有琴键工作。接着由时序信号清除锁存器，以便再置入新的状态。来自包络控制电路10的信号，是一个与颤音有关的控制信号送至锁存器，并在第二次循环周期开始时，输出至颤音发生电路7。
图6是颤音发生电路，它由调频、调幅、波形合成三个部分。根据不同模拟音色对颤音的要求，在输出端产生不同振幅和频率的信号，用来调制外部音源时钟发生电路或压控放大器。调频部分由6级2分频电路54、反馈门53、异或门55和非门译码器56组成。颤音编码输入62在反馈门53控制下，6级2分频电路为时钟脉冲的56分频。通过异或门55和或非门译码56之后，产生扫描输出信号，送至波形合成部分57。调幅部分由9级二分频电路60、异或门59和或非门译码器58组成。总的分频系数为256。产生延时颤音的扫描输出信号，送至波形合成部分57。颤音的波形合成57由二个电阻分压网络和MOS开关管组成。在调频和调幅译码输出扫描信号的叠加控制下，经MOS开关的转换与电阻网络的分压作用，在输出端有延时颤音输出。若调幅译码输出扫描信号被禁止，在输出端得到的是等幅的颤音输出。
图7是包络设置电路，它由十个基本相同的单元电路A、B、C……J组成。它们通过对外部电容的充电和放电的控制，在电容两端产生一个与乐器音型包络变化类似的信号，去调制所选择的音阶，发出被模拟的乐器音色。通过来自包络控制电路的放电控制信号69，放电回路有快慢二种选择，分别产生短尾音、长尾音，以及延时时间为数秒的延长音等音色效果。通过来自包络控制电路和串行数据输入与译码电路的充电控制信号68，模拟管乐、单簧管、双簧管、弦乐、手风琴等乐器发音对包络波上升沿的要求，则对应充电慢的包络;模拟钢琴与电颤振打击乐等发音时，则对应充电快的包络。通过来自串行数据输入与译码电路的各八度之间音阶输出幅值控制信号66，八度间音阶输出幅值均相等时，则对应弦乐、手风琴等音色。按来自并行数据输入与译码电路的八度编码控制信号67的状态，音阶输出幅值从大到小有所不同时，则对应管乐、单簧管、双簧管、电颤振打击乐、钢琴等音色，这是通过模拟开关选通相应的分压点来实现的。这样，电路在模拟某类乐器的音色时，各八度之间的音量从大到小有所变化，从而更符合实际的演奏效果。通过来自包络控制电路的手动或自动伴奏控制信号65，使电路分别实现手动伴奏和自动伴奏功能。
图8是包络控制电路，它由三级二分频器73、单稳态电路76、R-S触发器75、充放电控制电路74，以及打击乐器类包络波型的前沿部分产生电路72等组成，以产生不同乐器音型的包络的工作命令信号。打击乐器类包络波型的前沿部分，通过比较二组十一位的移位寄存器中的状态产生。寄存器中存储着每个通道的工作情况，由来自并行数据输入与译码电路的通道打开脉冲信号77及通道的时钟脉冲信号控制。来自串行数据输入与译码电路的时序信号45及来自并行数据输入与译码电路的音阶编码信号25，通过单稳态电路76和三级二分频器73，在R-S触发器75的输出端输出伴奏或独奏、手动或自动伴奏的工作模式选择信号，会同来自上述打击乐器类包络波型的前沿部分产生电路的输出信号和来自串行数据输入与译码电路的包络控制信号80，输入到充放电控制电路74，输出充放电选通及速度选择信号，送至包络设置电路，以产生不同乐器音型的波络波形。
图9是音阶叠加合成电路，它由十个通道组成。其中六个为伴奏通道，90～94五个通道路与左面一个伴奏通道电路相同，四个为独奏通道，95～97三个通道与左面一个独奏通道电路相同。每个通道所对应的音阶叠加合成电路由四级二分频器86、包络调制门84、以及叠加电路83等组成，伴奏通道还加了一组或非门85，以便进行自动伴奏和手动控制间的转换。来自基准音阶发生与八度选择电路的音阶模拟信号和来自包络设置电路的包络调制信号70输入音阶叠加合成电路的上述十个通道。各通道的音阶模拟信号输出都包含十个不同音阶和各种不同音色的信号，并都通过一个MOS管作电压-电流转换，送至本音源发生器外部的音色处理电路82。
本发明的逻缉电路可以采用MOS混合集成电路，集成在一块芯片上，其特点是根据4行并行输入已经编码处理的音阶、音色、节奏与和弦数据以及串行输入的音色、节奏与工作模式选择命令，产生相应的音阶与和弦的模拟信号，它可输出10个独立的音阶模拟信号，并能独立地进行包络调制，在普通工作模式时，能同时接受10个琴键的工作要求，发出相应音符的模拟输出，在自动或手动伴奏模式时，琴键分离为伴奏与独奏两个部分，独奏部分能同时接受4个琴键的工作要求，伴奏部分在单指和弦或多指和弦的工作命令下，能同时发出6个音符的自动伴奏与和弦的模拟输出，其中有自动和弦编码输出、自动琶音输出、自动倍司输出等，此外还有通用门编码信号与颤音控制信号输出，分别用于控制和弦和颤音效果。
权利要求
1.一种用于电子琴中的音源发生器逻缉电路，其特征是该音源发生器由并行数据输入与译码电路3，基准音阶发生与八度选择电路4，串行数据输入与译码电路5，音阶编码分配电路6，颤音发生电路7，音阶叠加电路8，包络设置电路9，包络控制电路10组成。
2.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是并行数据输入与译码电路3由与非译码矩阵电路17、或非-或非译码矩阵电路18、同步信号检测电路19、四组动态移位寄存器20、主时钟驱动器21、主时钟22组成。
3.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是基准音阶发生与八度选择电路4由十个相同结构的单元电路z1、z2……z10组成，而每个单元电路则由分频系数调整电路28、八度选择门29、4个二分频计数器30、基准音阶发生器31以及时钟电路35、37、复位信号36组成。该十个单元电路的输入都是音阶编码分配电路32，都输出到音阶叠加合成电路27。
4.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是串行数据输入与译码电路5由译码电路38、脉冲分离电路39组成。
5.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是音阶编码分配电路6由11级移位寄存器46、锁存器47组成。
6.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是颤音发生电路7由反馈门电路53、时钟电路61、6级二分频电路54、9级二分频电路60、异或门译码电路55、59、或非门译码电路56、58、波形合成电路57组成。
7.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是音阶叠加电路8由六个伴奏通道电路(90～94)和四个独奏通道电路(95～97)组成，每个伴奏通道电路都由叠加电路83包络调制门84，四级二分频电路86以及或非门85组成，独奏通道电路除去或非门电路85组成，与伴奏通道电路相同。
8.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是包络设置电路9由十个基本相同的单元电路A、B、C……J组成。
9.按权利要求1所述的逻缉电路，其特征是包络控制电路10由前沿产生电路72、三级二分频器73、充放电控制电路74、R-S触发器75单稳态电路76组成。
全文摘要
用于电子琴音源发生器的逻辑电路，其特点是根据4位并行输入已经编码处理的音阶、音色、节奏与和弦数据以及串行输入的音色、节奏与工作模式选择命令，产生相应的音阶与和弦的模拟信号，它能输出10个独立的音阶模拟信号并能进行包络调制，在普通工作模式时能同时接受10个琴键的工作要求，在自动或手动工作模式时，独奏部分能同时接受4个琴键的工作要求，伴奏部分能同时产生6个音符的自动伴奏与和弦的模拟输出。
文档编号G10H7/00GK1056177SQ9010284
公开日1991年11月13日 申请日期1990年4月26日 优先权日1990年4月26日
发明者黄培中 申请人:上海交通大学