eda电子设计使用verilog语言电子琴实验报告

电子设计自动化课程设计报告
院系：信息工程学院
专业：电子信息工程
学号：
姓名：
指导教师：
2013 年月日
目录
1设计目的 (3)
2题目描述与要求 (3)
3课程设计报告内容 (3)
3.1设计原理与思路 (3)
3.2操作过程 (4)
3.3设计和调试过程中出现的问题及解决方法 (7)
4设计总结和心得体会 (8)
一、课程设计目的
使用VerilogHDL语言进行前端设计，并使用Quaruts软件在实验箱上实现仿真，实现硬件电子琴。

电子琴要求有8个音阶，使用外部时钟信号32MHz，能同步显示音阶。

二、课程设计题目描述和要求
题目：简易电子琴的设计
主要功能：（1）设计一个八音电子琴。

（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。

（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。

三、课程设计报告内容
3.1设计原理与思路
系统由数控分频器、乐曲存储模块以及发声模块组成。

数控分频器对FPGA的基准频率进行分频，得到与各个音阶对应的频率输出。

乐曲存储模块产生节拍控制和音阶选择信号，即在此模块中可存放一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器来控制此真值表的输出，而由计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号。

由发声模块产生音符对应的频率的信号来使扬声器发音。

（1）模块automusic
模块automsic由auto信号来选择发声的方式，auto=0时系统自动播放内置的音乐，auto=1时由键盘来手动演奏音乐。

（2）模块TONE
模块Tone是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。

（3）模块Speaker
模块Speaker中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speaker由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。

3.2操作过程
新建工程
添加模块
查找对应芯片
调试程序波形仿真生成逻辑图
设置管脚
3.3设计和调试过程中出现的问题及解决方法
在初次编写分频模块时候，使用的是比较基本的计数器分频法，编写程序后在modelsim软件中进行了仿真，发现无法观察到分频情况。

经过分析，原因是由于分频比过大，因此在波形图中很难观察到。

而且由于预分频的占空比很小，
更难以观察到高电平。

在原因找到后，为了考察程序的性能，我们将输入频率减小。

同时适当缩小分频比，这样就得到了模块仿真中的分频波形。

四、设计总结和心得体会
通过这次课程设计发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。

这个实验十分有意义我获得很深刻的经验。

通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。

学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。

学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。

这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。

参考文献：(五号，宋体加粗)
［1］潘松，《EDA实用教程》，科学出版社，2004年
附录：（源程序）
module top(clk32MHz,handTOauto, code1,index1,high1,spkout);
input clk32MHz,handTOauto; //32MHz系统时钟,键盘输入/自动演奏
input [7:0] index1;//键盘输入信号
output [6:0] code1; //音符显示信号
output high1,spkout;//高低音节信号,音频信号
wire [10:0] tone;
wire [7:0] indx;
automusic u0(.clk(clk32MHz),.index2(index1),.index0(indx),.auto(handTOauto)); tone u1(.index(indx),.tone0(tone),.code(code1),.high(high1));
speaker u2(.clk1(clk32MHz),.tone1(tone),.spks(spkout));
Endmodule
module automusic(clk,auto,index2,index0);//实现自动演奏功能。

input clk,auto;//系统时钟；键盘输入/自动演奏
input [7:0] index2;//键盘输入信号
output [7:0] index0;//音符信号输出
reg [7:0] index0;
reg [4:0] count0;
reg clk2;
reg [22:0] count;
always @(clk,auto) //此过程完成对系统时钟8M的分频，得到4Hz的信号clk2
begin
if (auto)
begin
count=23'd0;
clk2<=1'b1;
end
else if (clk)
begin
count=count+1'b1;
if (count==23'd4000000) clk2<=1'b1;
else if (count==23'd8000000) begin clk2<=1'b0; count=23'd0;end end
end
always @(posedge clk2)//此过程完成自动演奏部分曲的地址累加
begin
if (count0==5'd31)
count0<=5'd0;
else
count0<=count0+1'b1;
end
always @(count0,auto,index2)
begin
if (!auto)
case(count0) //此case语句：存储自动演奏部分的曲
5'd0: index0<=8'b00000100; //3
5'd1: index0<=8'b00000100;
5'd2: index0<=8'b00000100;
5'd3: index0<=8'b00000100;
5'd4: index0<=8'b00010000;//5
5'd5: index0<=8'b00010000;
5'd6: index0<=8'b00010000;
5'd7: index0<=8'b00100000;//6
5'd8: index0<=8'b10000000;//8
5'd9: index0<=8'b10000000;
5'd10: index0<=8'b10000000;
5'd11: index0<=8'b00000100;
5'd12: index0<=8'b00000010;//2
5'd13: index0<=8'b00000010;
5'd14: index0<=8'b00000001;//1
5'd15: index0<=8'b00000001;
5'd16: index0<=8'b00010000;//5
5'd17: index0<=8'b00010000;
5'd18: index0<=8'b00001000;//4
5'd19: index0<=8'b00001000;
5'd20: index0<=8'b00001000;
5'd21: index0<=8'b00000100;
5'd22: index0<=8'b00000010;
5'd23: index0<=8'b00000010;
5'd24: index0<=8'b00010000;
5'd25: index0<=8'b00010000;
5'd26: index0<=8'b00001000;
5'd27: index0<=8'b00001000;
5'd28: index0<=8'b00000100;
5'd29: index0<=8'b00000100;
5'd30: index0<=8'b00000010;
5'd31: index0<=8'b00000010;
default: ;
endcase
else index0<=index2; //键盘输入音符信号输出
end
Endmodule
module tone(index,code,high,tone0); //音阶发生器程序。

input [7:0] index;//音符输入信号
output [6:0] code;//音符显示信号
output high;//高低音显示信号
output [10:0] tone0;//音符的分频系数
reg high;
reg [6:0] code;
reg [10:0] tone0;
always @(index)//此过程完成音符到音符的分频系数译码，音符的显示，高低音阶
begin
case(index)
8'b00000001: begin tone0=11'd773; code=6'b1001111;high=1'b1;end
8'b00000010: begin tone0=11'd912; code=6'b0010010;high=1'b1;end
8'b00000100: begin tone0=11'd1116;code=6'b1001100;high=1'b1;end
8'b00010000: begin tone0=11'd1197;code=6'b0100100;high=1'b1;end
8'b00100000: begin tone0=11'd1290;code=6'b0100000;high=1'b0;end
8'b01000000: begin tone0=11'd1372;code=6'b0001111;high=1'b0;end
8'b10000000: begin tone0=11'd1410;code=6'b0000000;high=1'b0;end
default: begin tone0=11'd2047;code=6'b0000001;high=1'b0;end
endcase
end
endmodule
module speaker(clk1,tone1, spks);//实现数控分频
input clk1;//系统时钟
input [10:0] tone1;//音符分频系数
output spks;//驱动扬声器的音频信号
reg [10:0] tone2;
reg spks;
reg preclk,fullspks,count2;
reg [3:0] count;
reg [10:0] count11;
always @(posedge clk1) //此过程对系统时钟进行4分频
begin
count=count+1'b1;
if (count==4'h2)
preclk<=1'b1;
else
if (count==4'h4)
begin
preclk<=1'b0;
count=4'h0;
end
end
always @(posedge preclk) //此过程按照tone1输入的分频系数对8MHz的脉冲再次分频，
得到所需要的音符频率
begin
if (count11<tone1)
begin
count11=count11+1;
fullspks<=1'b1;
end
else
begin
count11<=0;
fullspks<=1'b0;
end
end
always @(posedge fullspks) //此进程对fullspks进行2分频begin
count2=~count2;
if (count2)
spks<=1'b1;
else
spks<=1'b0;
end
Endmodule。