樂曲硬件演奏電路的vhdl設(shè)計 eda課程設(shè)計

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文檔簡介

1、　　一、設(shè)計題目：樂曲硬件演奏電路的VHDL設(shè)計　　二、設(shè)計目標(biāo)：　　了解一般樂曲演奏電路設(shè)計設(shè)計方法,學(xué)習(xí)VHDL語言，熟悉EDA設(shè)計軟件QuartusII和MAX+plusⅡ，加強獨立完成電子設(shè)計的能力。 　　（1）能夠播放“梁?！睒非?lt;/p&g

2、t;　?。?）能夠通過LED顯示音階。　?。?）（選作）具有“播放/停止”功能，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)“按鍵演奏”的電子琴功能。　　主芯片型號為FLEX10K10LC84-4　　三、實驗電路的工作原理：(演奏電路邏輯圖)　　組成樂曲的每個音符的發(fā)音頻率值及

3、其持續(xù)的時間是樂曲能夠連續(xù)演奏所需的兩個基本要素，設(shè)計演奏電路的關(guān)鍵就是獲得這兩個要素所對應(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、簡譜碼對應(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：<p&

4、gt;　　四、設(shè)計內(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+plusⅡ中進(jìn)行編譯、仿真，并保存仿真結(jié)果。　　4.到實驗室進(jìn)行下載驗證。引腳進(jìn)行鎖定，然后下載到實驗芯片中觀

5、察實驗結(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8位二進(jìn)制計數(shù)器（計數(shù)最大值138），作為音符數(shù)據(jù)ROM的地址發(fā)生器。這個計數(shù)器的計數(shù)頻率選為4Hz，即每一個計數(shù)值的停留時間為0.25秒，恰為當(dāng)全音符設(shè)

6、為1秒時，四四拍的4分音符持續(xù)時間。隨著notetabs模塊中的計數(shù)器按4Hz的時鐘速率作為加法計數(shù)時，即隨地址值遞增時，音符數(shù)據(jù)ROM中的音符數(shù)據(jù)將從ROM中通過ToneIndex[3..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.簡譜碼對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路（ToneTaba.V

7、HD）　　音符的持續(xù)時間需根據(jù)樂曲的速度及每個音符的節(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輸入口停留的時間即為此音符的節(jié)拍值。Tonetaba模塊是樂曲簡碼對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路。其中設(shè)置了“梁祝”樂曲全部音符所對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，共13個，每一音符的停留時間由音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器模塊NoteTabs的clk的輸入頻率決

8、定。這13個值的輸出由對應(yīng)于ToneTaba的4位輸入值Index[3..0]確定，而Index[3..0]最多有16種可選值。輸向ToneTaba中Index[3..0]的值ToneIndex[3..0]的輸出值與持續(xù)時間有模塊notetabs決定。　　Tonetaba仿真圖：　　4.數(shù)控分頻與演奏發(fā)生器（Speakera.VHD）

9、　　音符的頻率可由次模塊獲得，這是一個數(shù)控分頻器，由其clk端輸入一個具有較高頻率的信號，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是脈沖較窄的脈沖信號，為了有助于驅(qū)動揚聲器，需另加一個D觸發(fā)器以均衡其占空比，但這時的頻率是原來的1/2。Speakera對clk輸入信號的分頻的預(yù)置數(shù)Tone[10..0]與spkout的輸出頻率就有了對應(yīng)關(guān)系。<

10、p>　　Sperkera模塊仿真圖：　　5.《梁?！穖usic.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、實驗結(jié)果：（程序下載驗證是否通過）　　試驗成功！<

11、;p>　　將設(shè)計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顯示出演奏時的音樂簡譜，發(fā)光二極管D5指示音調(diào)高低，同時實驗箱自帶蜂鳴器（Speaker）奏出“梁?！蹦瞧嗝绖尤说男桑瑢嶒灣晒?。

12、　　七、總結(jié)：　　本次樂曲硬件演奏電路的VHDL設(shè)計主要采用數(shù)控分頻原理來實現(xiàn)，在本次EDA課程設(shè)計中，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)一步加強了MAX+plusⅡ?qū)@種EDA流行軟件的應(yīng)用，通過這次設(shè)計，我們溫故了已學(xué)的理論知識和實踐操作技能，同時也學(xué)習(xí)了更多的新的知識和技能，為以

13、后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實的基礎(chǔ)。　　本設(shè)計得到的電路可以作為一個樂曲演奏模塊，如果要演奏出另外一首曲子，只需將該曲子出現(xiàn)的簡譜分頻預(yù)置數(shù)寫入ToneTaba.VHD，再將該曲子的節(jié)拍表制作成ROM文件輸入到NoteTabs.VHD中，編譯后，編程下載即可。　　具體代碼：

14、　　library ieee;　　use ieee.std_logic_1164.all;　　entity songer is　　port(clk4MHz:in std_logic;　　clk4Hz:in std_logic;

15、clk:in std_logic;　　sel:out std_logic_vector(2 downto 0);　　sm:out std_logic_vector(6 downto 0);　　spk:out std_logic);　　end;</b

16、>　　architecture one of songer is　　component notetabs　　port(clk:in std_logic;　　toneindex:out integer range 0 to 15);<p&

17、gt;　　end component;　　component tonetaba　　port(index:in integer range 0 to 15;　　low:out std_logic_vector(3 downto 0);　　mid:out std_logic_

18、vector(3 downto 0);　　high:out std_logic_vector(3 downto 0);　　tone:out integer range 0 to 16#1FFF#);　　end component;　　component speakera&

19、lt;/p>　　port(clk:in std_logic;　　tone:in integer range 0 to 16#1FFF#;　　spks:out std_logic);　　end component;　　signal tone:in

20、teger range 0 to 16#1FFF#;　　signal toneindex:integer range 0 to 15;　　signal q_s:std_logic_vector(3 downto 0);　　signal tmp:integer range 0 to 2;&l

21、t;p>　　signal low1,mid1,high1:std_logic_vector(3 downto 0);　　begin　　u1:notetabs port map(clk=>clk4Hz,toneindex=>toneindex);　　u2:to

22、netaba port map(index=>toneindex,tone=>tone,low=>low1,mid=>mid1,high=>high1);　　u3:speakera port map(clk=>clk4MHz,tone=>tone,spks=>spk);　　process(clk)</

23、p>　　begin　　if (clk'event and clk='1')then　　tmp<=tmp+1;　　end if ;　　end

24、 process;　　process(tmp)　　begin　　if tmp=0 then q_s<=low1;　　sel<="001";　　elsif tmp

25、=1 then q_s<=mid1;　　sel<="010";　　elsif tmp=2 then q_s<=high1;　　sel<="100";　　end if ;&

26、lt;/p>　　end process;　　process(q_s)　　begin　　case q_s is　　when"0000"=>sm<="1111110&q

27、uot;;　　when"0001"=>sm<="0110000";　　when"0010"=>sm<="1101101";　　when"0011"=>sm<="1111

28、001";　　when"0100"=>sm<="0110011";　　when"0101"=>sm<="1011011";　　when"0110"=>sm<="

29、;1011111";　　when"0111"=>sm<="1110000";　　when"1000"=>sm<="1111111";　　when"1001"=>sm<=

30、"1111011";　　when others =>sm<="0000000";　　end case;　　end process;　　end;&

31、lt;/p>　　音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器（NoteTabs.VHD）　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;　　ENTITY NoteTabs IS　　PORT (clk:IN STD_LOGIC;

32、　　ToneIndex : OUT integer range 0 to 15);　　END;　　ARCHITECTURE one OF NoteTabs IS　　SIGNAL Counter :integer range 0 to

33、138;　　BEGIN　　CNT8 :PROCESS(clk)　　BEGIN　　IF Counter=138 THEN Counter <= 0;

34、　ELSIF clk'EVENT AND clk = '1' THEN 　　Counter <= Counter+1; 　　END IF;　　END PROCESS;　　SEARCH:PROCESS(C

35、OUNTER)　　begin　　case counter is 　　when 00=>toneindex<=3;　　when 01=>toneindex<=3;

36、when 02=>toneindex<=3;　　when 03=>toneindex<=3;　　when 04=>toneindex<=5;　　when 05=>toneindex<=5;　　when 06=>tone

37、index<=5;　　when 07=>toneindex<=6;　　when 08=>toneindex<=8;　　when 09=>toneindex<=8;　　when 10=>toneindex<=8; <

38、;/p>　　when 11=>toneindex<=9;　　when 12=>toneindex<=6;　　when 13=>toneindex<=8;　　when 14=>toneindex<=5;<p&g

39、t;　　when 15=>toneindex<=5;　　when 16=>toneindex<=12;　　when 17=>toneindex<=12;　　when 18=>toneindex<=12;　　when 19=&

40、gt;toneindex<=15;　　when 20=>toneindex<=13;　　when 21=>toneindex<=12;　　when 22=>toneindex<=10;　　when 23=>toneindex

41、<=12;　　when 24=>toneindex<=9;　　when 25=>toneindex<=9;　　when 26=>toneindex<=9;　　when 27=>toneindex<=9;</p&g

42、t;　　when 28=>toneindex<=9; 　　when 29=>toneindex<=9;　　when 30=>toneindex<=9;　　when 31=>toneindex<=0;

43、when 32=>toneindex<=9;　　when 33=>toneindex<=9;　　when 34=>toneindex<=9;　　when 35=>toneindex<=10;　　when 36=>ton

44、eindex<=7;　　when 37=>toneindex<=7;　　when 38=>toneindex<=6;　　when 39=>toneindex<=6;　　when 40=>toneindex<=5;<

45、;/p>　　when 41=>toneindex<=5;　　when 42=>toneindex<=5;　　when 43=>toneindex<=6;　　when 44=>toneindex<=8;<p&g

46、t;　　when 45=>toneindex<=8;　　when 46=>toneindex<=9;　　when 47=>toneindex<=9;　　when 48=>toneindex<=3;　　when 49=>

47、toneindex<=3;　　when 50=>toneindex<=8; 　　when 51=>toneindex<=8;　　when 52=>toneindex<=6;　　when 53=>toneindex<=5

48、;　　when 54=>toneindex<=6;　　when 55=>toneindex<=8;　　when 56=>toneindex<=5;　　when 57=>toneindex<=5;<

49、;p>　　when 58=>toneindex<=5;　　when 59=>toneindex<=5;　　when 60=>toneindex<=5;　　when 61=>toneindex<=5;　　when 62=

50、>toneindex<=5;　　when 63=>toneindex<=5;　　when 64=>toneindex<=10;　　when 65=>toneindex<=10;　　when 66=>toneindex&

51、lt;=10;　　when 67=>toneindex<=12;　　when 68=>toneindex<=7;　　when 69=>toneindex<=7;　　when 70=>toneindex<=9;</p&g

52、t;　　when 71=>toneindex<=9;　　when 72=>toneindex<=6;　　when 73=>toneindex<=8; 　　when 74=>toneindex<=5;

53、　when 75=>toneindex<=5;　　when 76=>toneindex<=5;　　when 77=>toneindex<=5;　　when 78=>toneindex<=5;　　when 79=>ton

54、eindex<=5;　　when 80=>toneindex<=3;　　when 81=>toneindex<=5;　　when 82=>toneindex<=3;　　when 83=>toneindex<=3;<

55、;/p>　　when 84=>toneindex<=5;　　when 85=>toneindex<=6;　　when 86=>toneindex<=7;　　when 87=>toneindex<=9;<p&g

56、t;　　when 88=>toneindex<=6;　　when 89=>toneindex<=6;　　when 90=>toneindex<=6;　　when 91=>toneindex<=6;　　when 92=>

57、toneindex<=6;　　when 93=>toneindex<=6;　　when 94=>toneindex<=5;　　when 95=>toneindex<=6;　　when 96=>toneindex<=8;

58、　　when 97=>toneindex<=8;　　when 98=>toneindex<=8;　　when 99=>toneindex<=9;　　when 100=>toneindex<=12;&l

59、t;p>　　when 101=>toneindex<=12;　　when 102=>toneindex<=12;　　when 103=>toneindex<=10;　　when 104=>toneindex<=9;

60、when 105=>toneindex<=9;　　when 106=>toneindex<=10;　　when 107=>toneindex<=9;　　when 108=>toneindex<=8;　　when 109=&g

61、t;toneindex<=8;　　when 110=>toneindex<=6;　　when 111=>toneindex<=5;　　when 112=>toneindex<=3;　　when 113=>toneindex&

62、lt;=3;　　when 114=>toneindex<=3;　　when 115=>toneindex<=3;　　when 116=>toneindex<=8;　　when 117=>toneindex<=8;</p

63、>　　when 118=>toneindex<=8;　　when 119=>toneindex<=8;　　when 120=>toneindex<=6;　　when 121=>toneindex<=8;<p&

64、gt;　　when 122=>toneindex<=6;　　when 123=>toneindex<=5;　　when 124=>toneindex<=3;　　when 125=>toneindex<=5;　　when 12

65、6=>toneindex<=6;　　when 127=>toneindex<=8;　　when 128=>toneindex<=5;　　when 129=>toneindex<=5;　　when 130=>tonein

66、dex<=5;　　when 131=>toneindex<=5;　　when 132=>toneindex<=5;　　when 133=>toneindex<=5;　　when 134=>toneindex<=5;&l

67、t;/p>　　when 135=>toneindex<=5;　　when 136=>toneindex<=0;　　when 137=>toneindex<=0;　　when 138=>toneindex<=0;&l

68、t;p>　　when others=>null;　　end case;　　end process;　　END;　　簡譜碼對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表電路（ToneTaba.VHD）</p

69、>　　library ieee; 　　use ieee.std_logic_1164.all;　　entity tonetaba is　　port( index:in integer range 0 to 15;&

70、lt;p>　　low:out std_logic_vector(3 downto 0);　　mid:out std_logic_vector(3 downto 0);　　high:out std_logic_vector(3 downto 0);　　tone:out integer range 0 to 1

71、6#1FFF#);　　end;　　architecture one of tonetaba is　　begin　　search:process(index)

72、;　　begin　　case index is 　　when 0=>tone<=8191;low<="0000";mid<="0000";high<="0000";　　when 3=

73、>tone<=2124;low<="0011";mid<="0000";high<="0000";　　when 5=>tone<=3089;low<="0101";mid<="0000";high<="0000";&l

74、t;/p>　　when 6=>tone<=3646;low<="0110";mid<="0000";high<="0000";　　when 7=>tone<=4141;low<="0111";mid<="0000";

75、high<="0000";　　when 8=>tone<=4369;low<="0000";mid<="0001";high<="0000";　　when 9=>tone<=4786;low<="0000&quo

76、t;;mid<="0010";high<="0000";　　when 10=>tone<=5157;low<="0000";mid<="0011";high<="0000";　　when 12=>tone&l

77、t;=5640;low<="0000";mid<="0101";high<="0000";　　when 13=>tone<=5918;low<="0000";mid<="0110";high<="0000";

78、　　when 15=>tone<=6280;low<="0000";mid<="0000";high<="0001";　　when others=>null;　　end case;

79、　　end process;　　end;　　數(shù)控分頻與演奏發(fā)生器（Speakera.VHD）　　library ieee;　　use ieee.std_logic_1164.all;<

80、p>　　entity speakera is　　PORT (clk : IN STD_LOGIC;　　Tone : IN integer range 0 to 16#1FFF#;　　SpkS : OUT STD_LOGIC );　　END;<

81、/b>　　ARCHITECTURE one OF Speakera IS　　SIGNAL PreCLK, FullSpkS : STD_LOGIC;　　BEGIN　　DivideCLK : PROCESS(clk)</p&

82、gt;　　VARIABLE Count4 : integer range 0 to 15 ;　　BEGIN　　PreCLK <= '0'; 　　IF Count4>13 THEN

83、PreCLK <= '1'; Count4 := 0;　　ELSIF clk'EVENT AND clk = '1' THEN 　　Count4 := Count4 + 1;　　END IF;<p&g

84、t;　　END PROCESS;　　GenSpkS : PROCESS(PreCLK, Tone)　　VARIABLE Count13 : integer range 0 to 16#1FFF#;　　BEGIN　　IF PreCLK&

85、#39;EVENT AND PreCLK = '1' THEN　　IF Count13 = 16#1FFF# THEN 　　Count13 := Tone ; 　　FullSpkS <= '1';　　ELSE Count13 := C

86、ount13 + 1;　　FullSpkS <= '0'; 　　END IF;　　END IF;　　END PROCESS;　　De

87、laySpkS : PROCESS(FullSpkS)　　VARIABLE Count2 : STD_LOGIC;　　BEGIN　　IF FullSpkS'EVENT AND FullSpkS = '1' THEN <p&

88、gt;　　Count2 := NOT Count2;　　IF Count2 = '1' THEN SpkS <= '1';　　ELSE SpkS <= '0'; END IF;　　END IF;

89、　　END PROCESS;　　END;　　設(shè)置引腳　　Clk 2　　Clk4hz 1</p&

90、gt;　　Clk4MHZ 43　　Sel0 5　　Sel1 6　　Sel2 7　　Sm0 24<

91、/b>　　Sm1 23　　Sm2 22　　Sm3 21　　Sm4 19&l

92、t;p>　　Sm5 18　　Sm6 17　　Spk 3　　波形圖：　　Speakera.vhd<

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計

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