eda樂(lè)曲播放電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題（含答案詳解+作文范文）_第1頁(yè)

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文檔簡(jiǎn)介

1、　　一.課程設(shè)計(jì)概述　　1.設(shè)計(jì)的題目　　樂(lè)曲播放電路　　2.設(shè)計(jì)要求：　　學(xué)習(xí)利用數(shù)控分頻器設(shè)計(jì)硬件

2、樂(lè)曲演奏電路，在實(shí)驗(yàn)四的基礎(chǔ)上，改建電路的設(shè)計(jì)，增加功能自動(dòng)選擇曲目，可選的歌曲不少于3首。　　3.設(shè)計(jì)構(gòu)思　?。?）音樂(lè)硬件演奏電路基本原理 　　硬件電路的發(fā)聲原理，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來(lái)控制FPGA芯片某個(gè)引腳輸出一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)聲器就能

3、發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。樂(lè)曲中的每一音符對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定的頻率，要想FPGA發(fā)出不同音符的音調(diào)，實(shí)際上只要控制它輸出相應(yīng)音符的頻率即可。樂(lè)曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂(lè)曲的樂(lè)譜依次輸出這些音符所對(duì)應(yīng)的頻，就可以在揚(yáng)聲器上連續(xù)地發(fā)出各個(gè)音符的音調(diào)。而要準(zhǔn)確地演奏出一首樂(lè)曲，僅僅讓揚(yáng)聲器能夠發(fā)生是不夠的，還必須準(zhǔn)確地控制樂(lè)曲的節(jié)奏，即樂(lè)曲中每個(gè)音符的發(fā)生頻率及其持續(xù)時(shí)間是樂(lè)曲能夠連續(xù)演奏的兩個(gè)關(guān)鍵因素。<p&g

4、t;　?。?）音符頻率的獲得　　多個(gè)不同頻率的信號(hào)可通過(guò)對(duì)某個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行分頻器獲得。由于各個(gè)音符的頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，故必須將計(jì)算機(jī)得到的分頻系數(shù)四舍五入取整。若基準(zhǔn)頻率過(guò)低，則分頻系數(shù)過(guò)小，四舍五入取整后的誤差較大。若基準(zhǔn)頻率過(guò)高，雖然可以減少頻率的相對(duì)誤差，但分頻結(jié)構(gòu)將變大。實(shí)際上應(yīng)該綜合考慮這兩個(gè)方面的因素，在盡量減少誤差的前提下，選取合適的基準(zhǔn)頻率。本設(shè)計(jì)中選取1

5、MHz的基準(zhǔn)頻率。數(shù)控分頻器采用12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，樂(lè)曲中的休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為0，即初始值=4095，此時(shí)揚(yáng)聲器不會(huì)發(fā)聲。　　根據(jù)分頻系數(shù)，可計(jì)算數(shù)控分頻器得到的初始值。（語(yǔ)言已經(jīng)無(wú)法描述其中的原理了，程序可以說(shuō)明此問(wèn)題，關(guān)于初始值的解釋?zhuān)?qǐng)看下文給出的程序）　　初始值的計(jì)算公式如下：由于所設(shè)計(jì)的數(shù)控分頻計(jì)采用12MHZ作為時(shí)鐘源，并通過(guò)一次12

6、分頻給出頻率為1MHZ的脈沖溢出信號(hào)，再對(duì)該1MHZ的溢出信號(hào)進(jìn)行12位2進(jìn)制碼的帶預(yù)置數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并給出一個(gè)頻率隨預(yù)置數(shù)變化的脈沖信號(hào)。由于該脈沖信號(hào)不具有驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的能力，故對(duì)此脈沖信號(hào)進(jìn)行2分頻以推動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲　?。?）樂(lè)曲節(jié)奏的控制 　　一般樂(lè)曲最小的節(jié)拍為1/4拍，若將1拍的時(shí)間定為1秒，則只需要輸出4Hz的1/4拍的時(shí)長(zhǎng)（0.25秒），對(duì)于

7、其它占用時(shí)間較長(zhǎng)的節(jié)拍（必為1/4拍的整數(shù)倍）則只需要將該音符連續(xù)輸出相應(yīng)的次數(shù)即可。　　計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)作為輸出音符快慢的控制信號(hào)，時(shí)鐘快時(shí)輸出節(jié)拍速度就快，演奏的速度也就快，時(shí)鐘慢時(shí)輸出節(jié)拍的速度就慢，演奏的速度自然降低，由于最后的蜂鳴器前需加一個(gè)二分頻的程序，因此計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)為4Hz的2倍，即8Hz。　?。?）樂(lè)譜的發(fā)生<

8、;/b>　　本設(shè)計(jì)將樂(lè)譜中的音符數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在LPM-ROM中，若某音在邏輯中停留了4個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，即1秒的時(shí)間，相應(yīng)地，該音符就要在LPM-ROM中連續(xù)的四個(gè)地址上都存儲(chǔ)。當(dāng)一個(gè)4Hz的時(shí)鐘來(lái)時(shí)，相應(yīng)地就從LPM-ROM中輸出一個(gè)音符數(shù)據(jù)。　　選擇模塊　　選擇模塊將用一個(gè)4

9、位數(shù)的控制信號(hào)控制樂(lè)譜模塊數(shù)據(jù)的選擇性。　　二.總體框圖　　三.具體各功能模塊　　1.計(jì)數(shù)器模塊　　在notetabs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

10、為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)頻率為4HZ，即每一計(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)的時(shí)間。例如，notetabs在以下的VHDL邏輯描述中，《梁?！窐?lè)曲的第一個(gè)音符為“3”，此音在邏輯中停留了4個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，即1秒的時(shí)間，相應(yīng)的，所對(duì)應(yīng)的“3”音符分頻預(yù)制值為1036，在speakera中的輸入端停留1秒。隨著notetabs中計(jì)數(shù)器按4HZ的時(shí)鐘頻率作加法計(jì)數(shù)時(shí)，即

11、隨地址值遞增時(shí)，音符數(shù)據(jù)ROM中的音符從ROM中通過(guò)tonelndex端口輸向tonetaba模塊，《梁祝》樂(lè)曲開(kāi)始連續(xù)自然地演奏起來(lái)。　?。?）模塊圖像：　?。?）模塊程序　　library ieee;<p

12、>　　use ieee.std_logic_1164.all;　　use ieee.std_logic_unsigned.all;　　entity notetabs is　　port (clk:in std_logic;　　counter:inout std_log

13、ic_vector(7 downto 0));　　end;　　architecture one of notetabs is　　begin　　cnt8:process(clk,counter)&l

14、t;/p>　　begin　　if counter =138 then counter <="00000000";　　elsif (clk'event and clk='1') then counter <=counter+1;<

15、/p>　　end if;　　end process;　　end;　　(3)仿真波形　　(4)波形分析</b

16、>　　由波形可看出來(lái)，CLK為輸入時(shí)鐘信號(hào)，八位輸出二進(jìn)制信號(hào)在時(shí)鐘上升沿加一，經(jīng)分析，該模塊的功能正確。　　2.選擇模塊　　選擇器完成歌曲的選擇功能，當(dāng)a輸入為0001時(shí)，將Q1信號(hào)輸出，對(duì)應(yīng)歌曲為《梁?！?；　　當(dāng)a為0010

17、時(shí)，將Q2的信號(hào)輸出，對(duì)應(yīng)的歌曲為《隱形的翅膀》；　　當(dāng)a為0011時(shí)，將Q3的信號(hào)輸出，對(duì)應(yīng)的歌曲為《生日快樂(lè)》。　　（1）模塊圖像　?。?）程序；　　LIBRARY IEEE; </p&

18、gt;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 　　USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; 　　ENTITY choice IS 　　PORT(a: IN STD_LOGIC_vector(3 downto 0);

19、　　b:out STD_LOGIC_vector(3 downto 0); 　　INDEX :OUT STD_LOGIC_vector(4 downto 0); 　　Q1:IN STD_LOGIC_vector(4 downto 0); 　　Q2:IN STD_LOGIC_vector(4

20、downto 0);　　Q3:IN STD_LOGIC_vector(4 downto 0)); 　　END choice; 　　ARCHITECTURE a OF choice IS BEGIN 　　PROCESS (a,Q1,Q2,Q3) &l

21、t;p>　　BEGIN 　　CASE a IS WHEN "0001" => 　　b<="0001"; 　　INDEX<=Q1;　　WHEN "0011&

22、quot; => 　　b<="0010"; 　　INDEX<=Q2;　　WHEN "0010" => 　　b<="0011"; 　　IND

23、EX<=Q3; 　　WHEN OTHERS => null; 　　END CASE; 　　END PROCESS;　　END a;　?。?）波形圖

24、　?。?）波形分析　　由波形分析可知，當(dāng)a輸入為0001時(shí)，輸出信號(hào)b與Q1信號(hào)相同，即播放第一首樂(lè)曲，此時(shí)b的信號(hào)輸出為0001，因此該模塊的功能符合要求。　　3.數(shù)據(jù)翻譯模塊

25、;　　音符的持續(xù)時(shí)間需根據(jù)樂(lè)曲的速度及每個(gè)音符的節(jié)拍數(shù)來(lái)決定。Tonetaba模塊的功能首先是為speakera提供決定所發(fā)音符的分頻預(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。模塊tonetaba是樂(lè)曲簡(jiǎn)譜碼對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路，其中設(shè)置了三首樂(lè)曲全部音符所對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，每一音符的停留時(shí)間有音樂(lè)節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器模塊notetabs的CLK的輸入決定，在此為4HZ。

26、;　?。?）模塊圖像　　（2）程序　　library ieee;　　use ieee.std_logic_1164.all;　　entity tonetaba is<

27、p>　　port (index:in std_logic_vector(4 downto 0);　　code: out std_logic_vector (4 downto 0);　　high: out std_logic;　　tone:out std_logic_vector(10 downto 0));

28、　　end;　　architecture one of tonetaba is　　begin　　search:process(index)

29、;　　begin　　case index is 　　When "00001"=>tone<="01100000101";code<="00001";high<='0'; 　　When &

30、quot;00010"=>tone<="01110010000";code<="00010";high<='0'; 　　When "00011"=>tone<="10000001100";code<="00011";high

31、<='0'; 　　When "00100"=>tone<="10000110101";code<="00100";high<='0'; 　　When "00101"=>tone<="

32、;10010101101";code<="00101";high<='0'; 　　When "00110"=>tone<="10100001010";code<="00110";high<='0'; &l

33、t;p>　　When "00111"=>tone<="10101011100";code<="00111";high<='0'; 　　When "01000"=>tone<="10110000010";code<="0

34、1000";high<='1'; 　　When "01001"=>tone<="10111001000";code<="01001";high<='1'; 　　When "01010"=>

35、;tone<="11000000110";code<="01010";high<='1'; 　　When "01011"=>tone<="11000101000";code<="01011";high<='1';

36、 　　When "01100"=>tone<="11001010110";code<="01100";high<='1'; 　　When "01101"=>tone<="11010000100";c

37、ode<="01101";high<='1'; 　　When "01110"=>tone<="11010110101";code<="01110";high<='1'; 　　When "

38、01111"=>tone<="11011000000";code<="10001";high<='1'; 　　When "10000"=>tone<="11011101010";code<="10010";high<=

39、'1'; 　　When "10001"=>tone<="11100000111";code<="10011";high<='1'; 　　When "10010"=>tone<="1110

40、0010110";code<="10100";high<='1'; 　　When "10011"=>tone<="11100101111";code<="10101";high<='1'; <p&g

41、t;　　When "10100"=>tone<="11101000110";code<="10110";high<='1'; 　　When "10101"=>tone<="11101011010";code<="10111&

42、quot;;high<='1';　　when others =>null;　　end case;　　end process;　　end;<

43、p>　?。?）波形圖　　（4）波形分析　　從波形圖可看出，當(dāng)輸入信號(hào)為00010，輸出為中音2，查預(yù)置初值，發(fā)現(xiàn)完全正確，因此該模塊功能正確。　　4.數(shù)控分頻器模塊<

44、;p>　　音符的頻率由speakera模塊獲得，這是一個(gè)數(shù)控分頻器。由其CLK端輸入一具有較高頻率（這里是12HZ）的信號(hào)，通過(guò)speakera分頻后由spkout輸出，由于直接從數(shù)控分頻器中出來(lái)的輸出信號(hào)是脈寬極窄的脈沖式信號(hào)，為了有利于驅(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)的頻率將是原來(lái)的一半。Speakera對(duì)CLK輸入信號(hào)的分頻比由11位預(yù)置數(shù)tone決定。Spkout的輸出頻率將決定每一音符的音調(diào)，這樣，分

45、頻計(jì)數(shù)器的預(yù)制值tone與spkout的輸出頻率，就有了對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如在tonetaba模塊中若取tone=1036，將發(fā)音符為“3”音的信號(hào)頻率。　　（1）模塊圖像　?。?）程序：　　library ieee;&

46、lt;p>　　use ieee.std_logic_1164.all;　　use ieee.std_logic_unsigned.all;　　entity speakera is　　port ( clk : in std_logic;　　tone : in std_

47、logic_vector(10 downto 0);　　spks : out std_logic);　　end;　　architecture one of speakera is　　signal preclk, fullspks :

48、std_logic;　　begin　　divideclk : process(clk)　　variable count4 : std_logic_vector (3 downto 0);　　begin</b&g

49、t;　　preclk <= '0';　　if count4>11 then preclk <= '1';　　count4 := "0000";　　elsif clk'event and clk

50、= '1' then count4 :=count4+1;　　end if;　　end process;　　genspks : process(preclk, tone)　　variable count11 : std

51、_logic_vector(10 downto 0);　　begin　　if preclk'event and preclk = '1' then　　if count11 =16#7ff# then count11 := tone ; </p&g

52、t;　　fullspks <= '1';　　else count11 := count11+1;　　fullspks <= '0';　　end if;

53、　　end if;　　end process;　　delayspks : process(fullspks)　　variable count2 : std_logic;　　begin<

54、p>　　if fullspks'event and fullspks = '1' then count2 := not count2;　　if count2 ='1' then spks <='1';　　else spks <='0';<

55、;p>　　end if;　　end if;　　end process;　　end;　?。?）波形圖</p&g

56、t;　?。?）波形分析　　由波形圖分析，當(dāng)tone給出不同的分頻預(yù)置數(shù)，觀察到分頻效果是正確的，因此該模塊的功能符合設(shè)計(jì)要求。　　5.樂(lè)曲ROM的三個(gè)模塊：　　（1）《梁祝》

57、　　width = 5;　　depth = 256;　　address_radix = dec;　　data_radix = dec;　　content begin　　00: 3;</b&

58、gt;　　01: 3;　　02: 3;　　03: 3;　　04: 5;<

59、b>　　05: 5;　　06: 5;　　07: 6;　　08: 8;　　09: 8;</

60、p>　　10: 8;　　11: 9;　　12: 6;　　13: 8;　　1

61、4: 5;　　15: 5;　　16: 12;　　17: 12;　　18: 12;

62、　　19: 15;　　20: 13;　　21: 12;　　22: 10;　　23

63、:12;　　24:9;　　25:9;　　26:9;　　27:9;<p&

64、gt;　　28:9;　　29:9;　　30:9;　　31:0;　　32:9;<

65、;/p>　　33:9;　　34:9;　　35:10;　　36:7;　　37

66、:7;　　38:6;　　39:6;　　40:5;　　41:5;<p&g

67、t;　　42:5;　　43:6;　　44:8;　　45:8;　　46:9;<

68、/p>　　47:9;　　48:3;　　49:3;　　50:8;　　51:8

69、;　　52:6;　　53:5;　　54:6;　　55:8;

70、　　56:5;　　57:5;　　58:5;　　59:5;　　60:5;</p

71、>　　61:5;　　62:5;　　63:5;　　64:10;　　65:10

72、;　　66:10;　　67:12;　　68:7;　　69:7;<p&g

73、t;　　70:9;　　71:9;　　72:6;　　73:8;　　74:5;<

74、/p>　　75:5;　　76:5;　　77:5;　　78:5;　　79:5

75、;　　80:3;　　81:5;　　82:3;　　83:3;

76、　　84:5;　　85:6;　　86:7;　　87:9;　　88:6;</p

77、>　　89:6;　　90:6;　　91:6;　　92:6;　　93:6;&

78、lt;/b>　　94:5;　　95:6;　　96:8;　　97:8;&l

79、t;b>　　98:8;　　99:9;　　100:12;　　101:12;　　102:12;&l

80、t;/p>　　103:10;　　104:9;　　105:9;　　106:10;<b&g

81、t;　　107:9;　　108:8;　　109:8;　　110:6;　　111:5;</p&g

82、t;　　112:3;　　113:3;　　114:3;　　115:3;　　116:

83、8;　　117:8;　　118:8;　　119:8;　　120:6;<

84、p>　　121:8;　　122:6;　　123:5;　　124:3;　　125:5;</b

85、>　　126:6;　　127:8;　　128:5;　　129:5;<

86、;b>　　130:5;　　131:5;　　132:5;　　133:5;　　134:5;<

87、/p>　　135:5;　　136:0;　　137:0;　　138:0;

88、end;　　（2）《生日快樂(lè)》　　WIDTH=5; 　　DEPTH=256;　　ADDRESS_RADIX=DEC;　　DATA_RA

89、DIX=DEC; 　　CONTENT BEGIN 　　00:13; 　　01:13; 　　02:13; <

90、b>　　03:13; 　　04:13; 　　05:13; 　　06:13; 　　07:12; </b&g

91、t;　　08:12; 　　09:10; 　　10:10; 　　11:10; <p&

92、gt;　　12:10; 　　13:12; 　　14:12; 　　15:12; 　　16:12;

93、 　　17:15; 　　18:15; 　　19:15; 　　20:15; </p&g

94、t;　　21:13; 　　22:13; 　　23:12; 　　24:12; <b&g

95、t;　　25:13; 　　26:13; 　　27:13; 　　28:13; 　　29:13; </b&g

96、t;　　30:13; 　　31:13; 　　32:13; 　　33:10; <p&

97、gt;　　34:10; 　　35:10; 　　36:10; 　　37:12; 　　38:12;

98、 　　39:13; 　　40:13; 　　41:12; 　　42:12; </p&

99、gt;　　43:12; 　　44:12; 　　45:10; 　　46:10; <b&

100、gt;　　47:10; 　　48:10; 　　49: 8; 　　50: 8; 　　51: 6; </b&

101、gt;　　52: 6; 　　53:12; 　　54:12; 　　55:10; <p

102、>　　56:10; 　　57: 9; 　　58: 9; 　　59: 9; 　　60: 9

103、; 　　61: 9; 　　62: 9; 　　63: 9; 　　64: 9; </p&

104、gt;　　65: 9; 　　66: 9; 　　67: 9; 　　68: 9; <b&

105、gt;　　69: 9; 　　70: 9; 　　71:10; 　　72:10; 　　73:12; </b&

106、gt;　　74:12; 　　75:12; 　　76:12; 　　77:12; <p

107、>　　78:12; 　　79:13; 　　80:13; 　　81:10; 　　82:10

108、; 　　83:10; 　　84:10; 　　85: 9; 　　86: 9; </p&

109、gt;　　87: 9; 　　88: 9; 　　89: 8; 　　90: 8; <b&

110、gt;　　91: 8; 　　92: 8; 　　93: 8; 　　94: 8; 　　95: 8; </b&g

111、t;　　96: 8; 　　97:12; 　　98:12; 　　99:12; <p&g

112、t;　　100:12; 　　101:12; 　　102:12; 　　103:10; 　　104:10;

113、 　　105: 9; 　　106: 9; 　　107: 8; 　　108: 8;

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121、　　END;　　（3）《隱形的翅膀》　　WIDTH=5; 　　DEPTH=256; 　　ADDRESS_RADIX=DEC; 　　D

122、ATA_RADIX=DEC; 　　CONTENT 　　BEGIN 　　00: 10; 　　01: 10; </

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157、;　　end;　　architecture one of yinyuehe is　　component notetabs is　　port (clk:in std_logic;　　counter:inout st

158、d_logic_vector(7 downto 0));　　end component;　　component yinxingdechiban IS　　PORT　　(<

159、;p>　　address: IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);　　clock: IN STD_LOGIC ;　　q: OUT STD_LOGIC_VECTOR (4 DOWNTO 0) );　　END component;

160、;　　component shengrikuaile IS　　PORT　　(　　address: IN STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);　　clock: IN

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