专利名称：芯片存储器作载体的音乐放音机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用集成芯片存储器作音乐节目信息载体的音乐放音机。
通常的音乐放音机都是以盒式磁带作为音乐节目信息的载体，以集成芯片存储器作音乐节目信息载体的音乐放音机，(下文中简称为本音乐放音机)，至今未见过报导，与本发明相类似的产品语音电路已在多种场合中得到应用。可参看91年2月2日的《电子报》上所登的《用途广泛的语音电路》一文。这篇文稿中对语音电路的介绍如下“语音技术是指固体录音技术，即不用磁头和磁带就能实现语音录音/放音和语音合成的技术。其体积小、耗电省、制作简单、使用方便、用途广泛，市场前景广阔。固体录放音包括两个部分，一是语音处理器，另一部分是记录语音信息的存储器。语音处理器的主要任务是实现语音的采样，把语音处理后转换成数字信号存到存储器之中，在放音时，把存储在存储器的信息进行D/A转换，然后由外部音频放大器播放出来。”在技术上，本音乐放音机同语音电路相比较，有相同之处，也有不同之处。相同之处是都是将音乐或语音信号转化成数字信号存到芯片存储器中，不同之处是语音电路是用D/A(数/模)转换方式将数字信号转变为语音信号，而本音乐放音机是通过音乐合成系统将数字信号转化成音乐或模拟自然声信号。与本发明在技术上有某种联系的技术资料还有由本发明人提出的一项实用新型专利申请文件，专利名称是《用译码驱动器驱动的数控电子琴》，专利号91204454.3。
本发明的目的在于提供一种具有实用价值的，使用方便可靠、耗电省、失真小的、用芯片存储器作音乐节目信息载体的音乐放音机。
本音乐放音机由集成芯片存储器、控制电路和一个音乐合成系统组成，其工作原理框图如图1。本音乐放音机的组成部分之一音乐合成系统的电路组成可以是如图4、图5、图6所示。将图4电路中的Y1至Y8、X1至X12各点分别与图5电路中的Y1至Y8、X1至X12各点一一对应相联，即组成了一个完整的音乐合成系统。图4电路的作用是将数字信号转换成控制集成片SGS4740所需的模拟开关控制信号。图5电路的作用是将模拟开关控制信号转化成控制集成片YM2163所需的控制信号，图6电路的作用是将集成片SGS4740送来的控制信号转变成为音乐的音频信号，并经放大器放大后输出。集成片SGS4740和YMZ2163是电子琴专用集成片，以这两片集成片为主组成的系统有如下的功能1、系统可实现图5中方格所列出的74种功能，具体功能见
;2、在系统的输入端输入特定的一组二进制数码，系统可以处于74种工作状态中的任何一种工作状态;3、系统输出的是音乐旋律音频信号或模拟自然声音频信号。这里的模拟自然声是指模拟鼓声、砂锤声、金属敲击声、以及其它各种伴奏乐器声，还指模拟风声、海浪声以及人的歌声等自然界的声音。集成片SGS4740的Y1至Y8、X1至X12各引脚的作用，按集成片原设计者的意图是用作与电子琴琴键触点相联的，即当Y1至Y8中的任何一个引脚与X1至X12中的任何一个引脚相联，集成片SGS4740将处于74种工作状态中的一种或几种工作状态。在本音乐合成系统输入端输入的二进制数码与系统处于的工作状态的关系可从图4和图5中及
中查出。例如输入的二进制数码用16进制数表示时为OOH，则系统处于无音频信号输出工作状态。输入的数码为OF1H时，SGS4740的Y8与X1两引脚等效接通，则系统处于代号为1的工作状态，查
知系统输出音乐中的C音。本音乐放音机中的控制电路，见图3的虚线框内部分，它的作用有3个1、提供读芯片存储器所需的地址信号;2、对芯片存储器输出的数据信号进行调整;3、将调整后的数字信号输送到音乐合成系统的输入端。控制电路还可以是由单片微机(CPU)加程序软件再加适当的硬件组成，如图2所示。图2中的单片微机(CPU)选用的是8031集成片，并将它接成标准的形式，8031的I/D1接口用于与音乐合成系统的输入端或外部某个设备的接口相联。二个芯片存储器中一个是用于存放8031的工作程序，另一个则是用于存放音乐节目的信息数据。当控制电路是选用单片微机系统时，产生读芯片存储器所需的地址信号，对芯片存储器输出的数字信号进行调整和将调整后的信号输送到音乐合成系统的输入端的工作都是在单片机内部完成的，所以单片机的独立系统可替代本音乐放音机的控制电路。本音乐放音机的芯片存储器部分的作用是用来存放音乐节目的信息。芯片存储器可以选用静态随机存储器芯片(SRAM)、动态随机存储器芯片(DRAM)、电可编程序只读存储器芯片(PROM)、掩膜只读存储器芯片(ROM)、光可擦除只读存储器芯片(EPROM)和电可擦除只读存储器芯片(EEPROM)。当芯片存储器是选用静态或动态随机存储器时，则随机存储器相当于一个“中转站”，随机存储器中的音乐节目信息是在不断电的情况下，由外部某个设备通过与控制电路相联的接口“写”入到随机存储器之中的。对于只读存储器，音乐节目信息是在只读存储器接入本音乐放音机之前，就已被固化在只读存储器之中了。本音乐放音机的工作过程是音乐节目信息以数字信号的形式储存在芯片存储器中，芯片存储器在控制电路的控制下依次序以一定的频率输出变化的数字信号，这些数字信号经控制电路调整后被输送到音乐合成系统的输入端，音乐合成系统将加在其输入端的数字信号转变成音乐节目信号并输出。
本音乐放音机同语音电路相比有一个突出的优点是用芯片存储器记录同样一段音乐节目的信息时本音乐放音机比语音电路可节省存储容量99%以上，即本音乐放音机使用的存储容量不到语音电路使用的存储容量的1%。在语音电路中，如果限制要记录的音乐或语音的最高频率为1KHZ，又因为对音频信号进行A/D(模/数)转换采样时，每一个音频振荡周期应至少被采样两次，才能保证理论上不失真，这样语音电路在对音乐或语音进行处理时，其采样频率不得少于每秒1K(HZ)×2＝2K(次)，因为每采样一次其结果必然要存到芯片存储器之中，这样语音电路要记录时间长为1秒的音乐或语音信息其所占据的芯片存储容量将不少于2K字节。以芯片存储器27256EPROM为例，其存储容量为32K×8B，用它能记录语音或音乐信息时间长为32K÷2K＝16(秒)，(91年12月15日《电子报》上介绍的《可以长久保留声音的固体录音机制作》一文中的结论与上式相同)。与语音电路不同，本音乐放音机的采样频率是以乐曲中某个音符或调停留的最短时间来决定的。当一段音乐节目可以用简谱的形式来表示时，某个音符或调停留的最短时间通常是8分之1拍，(简谱中“
”称为8分之1拍，“
”称为4分之1拍，“
”称为2分之1拍，“X”称为1拍，“X-”称为2拍等)。又因为乐曲的演奏速度通常为每分钟60至120拍，以每分钟120拍为准，则每秒2拍，每拍停留时间为0.5秒，则8分之1拍停留时间为0.5(秒)÷8＝1/16(秒)，所以本音乐放音机的采样频率只需每秒16次，就可以保证记录的音乐节目理论上不失真。这个采样频率是语音电路采样频率每秒2K次的125分之1，即如果是记录同样一段音乐节目，本音乐放音机使用的存储容量只是语音电路使用的存储容量的125分之1。在本音乐放音机中因为考虑到5%至20%的存储容量用于记录模拟自然声信息，所以本音乐放音机比语音电路可节省存储容量为[1-1/(125-125×20%)]×100%＝99%以上。因此，本音乐放音机比语音电路在记录音乐节目信息方面更具有实用性。本音乐放音机与本人发明的用译码驱动器驱动的数控电子琴相比较主要区别在于1、用途不同，一个是作为电子琴使用，一个是作为音乐放音机使用;2、构造不同，一个包含有琴键并且可以同时实现自动演奏和手动演奏，一个没有琴键只能实现自动放音;3、控制电路不同，一个是用译码驱动器将数字信号译成与琴键数目一一对应的若干个单路控制信号控制电子琴发声，一个是将数字信号译成与琴键和控制键模拟的一一对应的双路控制信号控制音乐合成系统发声;4、本音乐放音机技术中首次提出以每秒16次的频率进行采样，可以保证记录的音乐节目在理论上不失真，并提供了实现这一设想的途径。可以这样认为本音乐放音机是在数控电子琴基础上的进一步发展。
附图的说明图1是本音乐放音机的组成及工作原理框图。
图2是用单片微机(CPU)系统组成的本音乐放音机的控制电路，图2中，1为单片微机8031，2为集成片8212，3为用于存储程序软件的只读存储器集成片，4为用于存储音乐节目信息的只读存储器或随机存储器集成片。
图3是本音乐放音机实施例中芯片存储器和控制电路组成及接线图。图3中，5为芯片存储器2716EPROM，6为集成片74LS273，7为集成片NE555，8为集成片CD4040。
图4是本音乐放音机实施例中音乐合成系统的一部分组成及接线图。图4中，9、10、11、12、13为集成片74HC125，14为集成片74LS154，15为集成片74LS138。
图5是本音乐放音机实施例中音乐合成系统的一部分组成及接线图。图5中，16为集成片74LS74，17为电子琴专用集成片SGS4740。图5中方格内的数字代表74种工作状态，查具体工作状态时，可将某根Y线和某根X线延长，其交叉点所在的方格即是系统处于的工作状态。具体工作状态如下1至49为音乐旋律基调1.C;2.bD;3.D;4.bE;5.E;6.F;7.bG;8.G;9.bA;10.A;11.bB;12.B;13.c;14.bd;15.d;16.be;17.e;18.f;19.bg;20.g;21.ba;22.a;23.bb;24.b;25.cl;26.bd1;27.d1;28.bel29.e1;30.f1;31.bg1;32.g1;33.ba1;34.a1;35.bb1;36.b1;37.c2;38.bd2;39.d2;40.be2;41.e2;42.f2;43.bg2;44.g2;45.ba2;46.a2;47.bb2;48.b2;49.c3;50.音色控制;51.音色1、2;52.音色3、4;53.音色5、6;54.音色7、8;55.音色9、10;56.颤音;57.延音;58.降调;59.重放;60.速度加;61.速度减;62.伴奏控制;63.伴奏1、2;64.伴奏3、4;65.伴奏5、6;66.伴奏7、8;67.伴奏9、10;68.同步;69.暂停;70.示范曲;71.渐弱音;72.单指;73.多指;74.鼓声。
图6是本音乐放音机实施例中音乐合成系统的一部分组成及接线图。图6中，18为功率放大集成片TDA7231，19为电子琴专用集成片YM2163。阻容电路中的各阻容值如下R16＝R21＝R18＝470K;R17＝R82＝15K;R19＝R23＝R25＝R35＝R38＝10K;R20＝R37＝R77＝R84＝2.2K;R15＝27K;R22＝R28＝R76＝100K;R24＝150K;R29＝1M;R31＝R32＝5.5K;R33＝R44＝R42＝R43＝R47＝22K;R26＝R39＝1.8K;R27＝R40＝18K;R36＝270K;R41＝R83＝220K;R62＝R73＝210Ω;R63＝R69＝R71＝R67＝R72＝R74＝R65＝1K;R64＝R66＝R48＝100Ω;R70＝220Ω;R68＝150Ω;R46＝660Ω;R45＝390K;R49＝82K;R85＝1.5K;R75＝20K。C12＝0.02μ;C31＝C37＝C35＝C11＝C40＝C34＝C32＝C36＝C33＝C20＝1μ;C22＝C23＝C24＝C25＝0.04μ;C9＝C26＝C16＝0.1μ;C15＝1000P;C10＝220P;C13＝470P;C14＝0.22μ;C7＝C8＝C21＝100μ;C43＝220μ;C6＝470μ。图6中，三极管Q12至Q23可以全部选用9014类型的小功率NPN型管。二极管除D1选用1N4007外，其余二极管可以全部选用1N4148。
以下提供的是本音乐放音机的一个实施例将图3所示电路的OUT接口与图4所示电图1N接口相联，再将图4所示电路的Y1至Y8、X1至X12各端与图5所示电路的Y1至Y8、X1至X12各端分别对应相联，再将图5所示电路的C0至C13各端分别与图6所示电路的C0至C13各端对应相联，由图3、图4、图5和图6所示电路组成的总电路，即是一个完整的本音乐放音机一个实施例。本实施例中，选用的是光可擦除只读存储器EPROM2716，音乐节目信息是以数字信号的形式贮存在EPROM中。图3电路中集成片CD4040是12级二进制计数器，它的作用是提供读EPROM2716所需的地址信号。图3电路中集成片NE555是时基电路，它的作用是产生集成片CD4040所需的时钟脉冲，通过调整470K可调电阻可以改变NE555的振荡频率，进而改变放音机播放音乐节目的速度。图3电路集成片74LS273是八D触发器，它的作用是将EPROM2716输出的数据信号在达到稳定状态后锁存，并通过它输送到音乐合成系统的输入端。74LS273是脉冲的上升沿产生触发，CD4040是脉冲的下降沿产生计数，将74LS273的触发端与CD4040的计数端联在一起的目的是为了利用脉冲从下降到上升过程中的短暂时间间隔，使EPROM2716输出的数据达到稳定。图4电路中，5片74HC125集成片是三态输出4总线缓冲门，它的作用是模拟开关作用，通过它可以实现某个Y线同某个X线的等效接通，图4中集成片74LS138和74LS154是译码器，它们的作用是将数字信号译成二路控制信号，分别控制8根Y线中的一根选通和12根X线中的一根选通。图5电路中集成片SGS4740是电子琴专用集成片，它的作用是当8根Y线中的某一根与12根X线中的某一根接通时，集成片将处于图5方格中所列的74种工作状态中的一种或几种工作状态。图5中集成片74LS74是双D能发器，它的作用是将SGS4740输出的时钟信号进行调整并输送给集成片YM2163。图6的电路中，集成片YM2163是电子琴专用集成片，它的作用是合成出音乐音频信号。图6电路中的组容电路的作用是配合集成片YM2163合成出音乐音频信号。图6电路中的集成片TDA7231是功率放大器，它的作用是将合成出的音频信号进行功率放大，并推动扬声器发声。
权利要求
1.一种用集成芯片存储器作音乐节目信息载体的数字音乐放音机，它由集成芯片存储器、控制电路和一个音乐合成系统组成，其特征在于音乐节目信息是以数字信号的形式贮存在芯片存储器中，芯片存储器在控制电路的控制下依次序以一定的频率输出变化的数字信号，这些数字信号经控制电路调整后被送到音乐合成系统的输入端，音乐合成系统的作用是将数字信号变换成音乐节目信号并输出。
2.权利要求1所述音乐放音机，其特征是集成芯片存储器是指静态随机存储器芯片(SRAM)、动态随机存储器芯片(DRAM)、电可编程序只读存储器芯片(PROM)、掩膜只读存储器芯片(ROM)、光可擦除只读存储器芯片(EPROM)和电可擦除只读存储器芯片(EEPROM)。
3.权利要求1所述音乐放音机，其特征是控制电路包含有3个组成部分，即提供读芯片存储器所需的地址信号部分、对芯片存储器输出的数字信号进行调整部分和将调整后的数字信号输送到音乐合成系统的输入端部分，当控制电路是选用由单片微机(CPU)、程序软件和适当的硬件构成时，控制电路可以是只由单片微机系统这一个组成部分构成。
4.权利要求1所述音乐放音机，其特征是音乐合成系统包括音乐旋律合成和模拟自然声合成两个子系统。
5.权利要求1所述音乐放音机，其特征是音乐合成系统是由与用集成片74LS138、74LS154、74HC125、SGS4740、YM2163、74LS74组成的音乐合成系统有等效作用的系统部件或单片集成电路组成。
6.权利要求1所述音乐放音机，其特征是音乐合成系统没有象电子琴一样的演奏琴键，并且不能象通常的电子琴演奏那样通过用手指按动琴键来演奏乐曲。
全文摘要
一种用集成芯片存储器(RAM或ROM)作为音乐节目信息载体的数字音乐放音机，它由集成芯片存储器、控制电路和一个音乐合成系统组成。音乐节目信息是以数字信号的形式贮存在芯片存储器中，芯片存储器在控制电路的控制下能够依次序以一定的频率输出变化的数字信号，这些数字信号经控制电路调整后被送到音乐合成系统的输入端，音乐合成系统的作用是将数字信号转变为音乐节目信号并输出。
文档编号G11C17/08GK1078821SQ9210366
公开日1993年11月24日 申请日期1992年5月13日 优先权日1992年5月13日
发明者杨兆强 申请人:杨兆强