樂曲硬件演奏電路的VHDL設(shè)計(jì)報(bào)告.docx

一、設(shè)計(jì)題目：樂曲硬件演奏電路的vhdl設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目標(biāo)：了解一般樂曲演奏電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法,學(xué)習(xí)vhdl語言，熟悉eda設(shè)計(jì)軟件quartusii和max+plus，加強(qiáng)獨(dú)立完成電子設(shè)計(jì)的能力。 （1）能夠播放“梁祝”樂曲。（2）能夠通過led顯示音階。（3）（選作）具有“播放/停止”功能，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)“按鍵演奏”的電子琴功能。主芯片型號(hào)為flex10k10lc84-4三、實(shí)驗(yàn)電路的工作原理：(演奏電路邏輯圖) 組成樂曲的每個(gè)音符的發(fā)音頻率值及其持續(xù)的時(shí)間是樂曲能夠連續(xù)演奏所需的兩個(gè)基本要素，設(shè)計(jì)演奏電路的關(guān)鍵就是獲得這兩個(gè)要素所對(duì)應(yīng)的數(shù)值以及通過純硬件的手段來利用這些數(shù)值實(shí)現(xiàn)所希望樂曲的演奏效果。演奏電路邏輯圖有三部分：音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器、簡(jiǎn)譜碼對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路、數(shù)控分頻與演奏發(fā)生器。演奏電路邏輯圖：四、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.完成程序的編輯工作。2.將音樂數(shù)據(jù)制作成lmp_rom文件.3.將程序加載到max+plus中進(jìn)行編譯、仿真，并保存仿真結(jié)果。4.到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下載驗(yàn)證。引腳進(jìn)行鎖定，然后下載到實(shí)驗(yàn)芯片中觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。五、仿真結(jié)果：1.音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器（notetabs.vhd）notetabs模塊中設(shè)置了一個(gè)8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)最大值138），作為音符數(shù)據(jù)rom的地址發(fā)生器。這個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率選為4hz，即每一個(gè)計(jì)數(shù)值的停留時(shí)間為0.25秒，恰為當(dāng)全音符設(shè)為1秒時(shí)，四四拍的4分音符持續(xù)時(shí)間。隨著notetabs模塊中的計(jì)數(shù)器按4hz的時(shí)鐘速率作為加法計(jì)數(shù)時(shí)，即隨地址值遞增時(shí)，音符數(shù)據(jù)rom中的音符數(shù)據(jù)將從rom中通過toneindex3.0端口輸向tonetaba模塊，“梁?！睒非烷_始連續(xù)自然的演奏起來了。notetabs模塊仿真圖：2.簡(jiǎn)譜碼對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路（tonetaba.vhd）音符的持續(xù)時(shí)間需根據(jù)樂曲的速度及每個(gè)音符的節(jié)拍數(shù)來確定，tonetaba模塊的功能首先是為speakera提供決定所發(fā)音符的預(yù)置數(shù)，而此數(shù)在speakera輸入口停留的時(shí)間即為此音符的節(jié)拍值。tonetaba模塊是樂曲簡(jiǎn)碼對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路。其中設(shè)置了“梁?！睒非恳舴鶎?duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，共13個(gè)，每一音符的停留時(shí)間由音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器模塊notetabs的clk的輸入頻率決定。這13個(gè)值的輸出由對(duì)應(yīng)于tonetaba的4位輸入值index3.0確定，而index3.0最多有16種可選值。輸向tonetaba中index3.0的值toneindex3.0的輸出值與持續(xù)時(shí)間有模塊notetabs決定。tonetaba仿真圖：4.數(shù)控分頻與演奏發(fā)生器（speakera.vhd）音符的頻率可由次模塊獲得，這是一個(gè)數(shù)控分頻器，由其clk端輸入一個(gè)具有較高頻率的信號(hào)，通過speakera分頻后由spkout輸出，由于直接從數(shù)控分頻器中出來的輸出信號(hào)是脈沖較窄的脈沖信號(hào)，為了有助于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，需另加一個(gè)d觸發(fā)器以均衡其占空比，但這時(shí)的頻率是原來的1/2。speakera對(duì)clk輸入信號(hào)的分頻的預(yù)置數(shù)tone10.0與spkout的輸出頻率就有了對(duì)應(yīng)關(guān)系。sperkera模塊仿真圖：5.梁祝music.vhd(音樂數(shù)據(jù)):將數(shù)據(jù)保存為.mif格式然后制作成lmp_rom文件。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（程序下載驗(yàn)證是否通過） 試驗(yàn)成功！將設(shè)計(jì)出的演奏電路的程序經(jīng)過編譯（compiler）后，選擇flex10k系列中epf10k10lc84-4作為目標(biāo)器件（assign/device），并進(jìn)行管腳鎖定（floorplan editor）。器件編程(programmer)，將編譯生成的*.sof文件下載到目標(biāo)芯片。觀察到數(shù)碼管5顯示出演奏時(shí)的音樂簡(jiǎn)譜，發(fā)光二極管d5指示音調(diào)高低，同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱自帶蜂鳴器（speaker）奏出“梁?！蹦瞧嗝绖?dòng)人的旋律，實(shí)驗(yàn)成功。七、總結(jié)：本次樂曲硬件演奏電路的vhdl設(shè)計(jì)主要采用數(shù)控分頻原理來實(shí)現(xiàn)，在本次eda課程設(shè)計(jì)中，我與其他同學(xué)相互交流，相互學(xué)習(xí)，提高了用vhdl語言編程的技能及進(jìn)一步加強(qiáng)了max+plus對(duì)這種eda流行軟件的應(yīng)用，通過這次設(shè)計(jì)，我們溫故了已學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐操作技能，同時(shí)也學(xué)習(xí)了更多的新的知識(shí)和技能，為以后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)得到的電路可以作為一個(gè)樂曲