EDA课程设计--乐曲硬件演奏电路设计

本文介绍在 EDA 开发平台上利用 VHDL 语言设计数控分频器电路，用数控分 频的原理设计音乐硬件演奏电路，并定制 LPM-ROM 存储音乐数据，以“梁祝”乐曲 为例，将音乐数据存储到 LPM-ROM，就达到了以纯硬件的手段来实现乐曲的演奏 效果。只要修改 LPM-ROM 所存储的音乐数据，将其换成其他乐曲的音乐数据，再 重新定制 LPM-ROM，连接到程序中就可以实现其它乐曲的演奏。
2．对于模块 ToneTaba，是乐曲简谱码对应的分频预置数查找表电路，其中设 置了乐曲的全部音符所对应的分频置数，每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发 生器模块 NoteTabs 的 CLK 的输入频率决定，这些值由对应于 ToneTaba 的 4 位输入 值 Index[3..0]确定，最多有 16 种可选值。输向 ToneTaba 中 Index[3..0]的值 ToneIndex[3..0]的输出值与持续的时间由模块 NoteTabs 决定。
4. SEG7 模块是一个七段译码器，作用是在硬件上显示音频的高低，用 0 到 7 分别 对应空节拍、do、ri、mi、fa、suo、la、xi，高音时，LED 亮，数码管显示对应数字。
四、选择器件
1.EP1C12Q240C8 芯片及相应的连接设备 2.外置扬声器 3.7 段数码管 4.计算机 5.LED 灯一个
1．对于模块 NoteTabs 的功能描述：该模块的功能就是定义音符数据 ROM“music” 随着该模块中的计数器控制时钟频率速率作加法计数时，即地址值递增时，音符数据 ROM 中的音符数据。将从 ROM 中通过 ToneIndex[3..0]端口输向 ToneTaba 模块，演奏《寂寞 的季节》。在该模块中设置了一个 8 位二进制计数器（计数最大值为 197），作为音符数据 ROM 的地址发生器。这个计数器的计数频率为 4Hz，即每一计数值的停留时间为 0.25 秒， 恰为当全音符设为 1 秒时，四四拍的 4 分音符持续时间。
二、设计任务要求
本文介绍在 EDA 开发平台上利用 VHDL 语言设计数控分频器电路，利用数控 分频的原理设计音乐硬件演奏电路，并定制 LPM-ROM 存储音乐数据，以“感恩 的心”乐曲为例，将音乐数据存储到 LPM-ROM，就达到了以纯硬件的手段来实 现乐曲的演奏效果。只要修改 LPM-ROM 所存储的音乐数据，将其换成其他乐
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曲的音乐数据，再重新定制 LPM-ROM，连接到程序中就可以实现其它乐曲的演 奏。
三、总体框图
分频器
NOTETABS
TONETABA
译码器
SPEAKERA
扬声器
该主系统由三个模块：Songer.vhd、div.vhd、SEG7.Vhd(7 段译码器)组成。 ①首先定制 Songer.Vhd，此模块包括 3 个小模块，分别是 NoteTabs 模块，ToneTaba 模 块，Speakera 模块，此外，我们还需建立一个名为“music”的 LPM_ROM 模块与 NoteTabs 模块连接。 ②根据给出的乘法器逻辑原理图及其模块的 VHDL 描述在 QUARTUS2 上完成设计。③完成 编译，综合，仿真，管脚分配，编程下载。
1：Songer 模块………………………………………………3 1）NoteTabs 模块（程序 仿真图）……………………5 2）ToneTaba 模块（程序 仿真图）……………………6 3）Speakera 模块（程序 仿真图）……………………8
2：diபைடு நூலகம் 模块（程序 仿真图）………………………………11 3：七段译码器模块（程序）………………………………13 六：总体设计电路图…………………………………………15 1．顶层设计的电路原理图…………………………………15 2．顶层设计的仿真结果……………………………………17 3．电路的管脚图……………………………………………18 七：结束语………………………………………………………19 八：心得体会……………………………………………………19
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电子技术课程设计
————乐曲硬件演奏电路设计
学 院: 专业 班级: 姓 名: 学 号: 指导教师:
2009 年 11 月
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目录 一：前言…………………………………………………….1 二：设计任务要求………………………………………………2 三：总体框图……………………………………………………2 四：选择器件……………………………………………………3 五：功能模块：…………………………………………………3
3．模块 Speakera 是一个数控分频器，音符的频率可由此模块获得。由 CLK 端输入 一具有较高频率的信号，通过 Speakera 分频后由 SPKOUT 输出。由于直接从数控分频器 中出来的输出信号是脉宽极窄的脉冲式信号。为了利用驱动扬声器，需加一个 D 触发器
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以均衡其占空比，频率将是原来的 1/2。Speakera 对 CLK 输入信号的分频比由预置数 Tone 决定。SPKOUT 的输出频率将决定每一音符的音调。
五、功能模块
1．对于模块 Songer 《梁祝》乐曲简谱如下：
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乐曲硬件演奏电路设计
一、前言
乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设 备。实现方法有许多种，在众多的实现方法中，以纯硬件完成乐曲演奏，随着 FPGA 集成度的提高，价格下降，EDA 设计工具更新换代，功能日益普及与流行， 使这种方案的应用越来越多。如今的数字逻辑设计者面临日益缩短的上市时间的 压力，不得不进行上万门的设计，同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结 构的独特性。使用现今的 EDA 软件工具来应付这些问题，并不是一件简单的事情。 FPGA 预装了很多已构造好的参数化库单元 LPM 器件。通过引入支持 LPM 的 EDA[1] 软件工具，设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。