数字逻辑课程设计之电子琴

数字逻辑课程设计之电子琴实验内容：设计一个八音电子琴，能通过八个键进行手动控制音响，也可以通过自动控制有效自动播放一段音乐。

实验设计：本实验分为四个模块：一个模块是主程序，一个模块是自动播放音乐部分，一个模块是音调发生器部分，一个模块是数控分频部分。

通过接口和结构体component的定义将各个模块连接起来。

本程序总的有11个输入，1个输出，2个输入为时钟脉冲，1个输入是控制电子琴自动演奏或者手动演奏的使能端，8个输入端为电子琴的八个键，1个输出为扬声器输出音乐。

在音调发生器部分中，需要按照模=50000/频率的方法进行分频，但是要达到提高音量使占空比为50%的效果还需要再对信号进行二分频，因此最后得到的音调发生器进行分频预置值如下：当某位音符电平输入有效时，对应不同的分频预置值，将分频预置值输出并作为数控分频部分的输入，分频预置值控制对主频的分频。

在数控分频部分，将输入的分频预置值和时钟脉冲作为输入，最后输出直接连接扬声器。

这一部分一共包含了两个进程，第一个进程是根据不同音符的不同频率进行在主频下进行分频，得到音符的相应频率，第二个进程是为了提高音量使占空比为50%而进行二分频。

在自动播放部分，1个时钟脉冲输入，1个自动播放的使能端输入，还有8个音符的键为输入，输出为音符对应的8位高低电平，输出连接到音调发生器的8位输入，如果自动播放的使能端（auto）无效则进行手动操作，在手动操作下，该模块的输出直接为输入。

如果自动播放的使能端输入有效，则播放事先存储的一段音乐，首先将主频50ＫＨＺ进行10000分频，因此一个脉冲为０.２秒，每来一个脉冲进行计数并播放一个音符。

直到设置的音符全部播放完毕，计数器回０。

源代码：主模块部分：定义了结构体和各模块函数library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity piano isport(clk0,clk1:in std_logic;auto:in std_logic;inplay:in std_logic_vector(7 downto 0);play:out std_logic);end piano;architecture run of piano iscomponent autoplay is－－自动播放部分port(A:in std_logic_vector(7 downto 0);B,C:in std_logic;D:out std_logic_vector(7 downto 0));end component;component tone is－－音调发生器部分port(A:in std_logic_vector(7 downto 0);B:out integer range 0 to 170);end component;component control is－－数控分频部分port(A:in std_logic;B:in integer range 0 to 170;C:out std_logic);end component;signal sw0:std_logic_vector(7 downto 0);－－自动播放部分的输出和音调发生器的输入，表示八个音符signal tone0:integer range 0 to 170;－－音调发生器的输出和数控分频部分的输入，表示音符的频率begin ――在这个进程中把各个部分连接起来G1:autoplay port map(A=>inplay,B=>auto,C=>clk0,D=>sw0);G2:tone port map(A=>sw0,B=>tone0);G3:control port map(A=>clk1,B=>tone0,C=>play);end run;自动播放模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity autoplay isport(A:in std_logic_vector(7 downto 0); --A=>inplay,B=>auto,C=>clk0,D=>sw0 B,C:in std_logic;D:out std_logic_vector(7 downto 0));end autoplay;architecture music of autoplay issignal clk2:std_logic; --对50ＫＨＺ脉冲进行分频得到的５ＨＺ的脉冲信号signal count0:integer range 0 to 62; --记录自动播放的乐曲的脉冲并控制播放signal count3:integer range 0 to 10000;--分频时的计数beginseparate:process(C,B)――分频将脉冲变为５ＨＺ的信号beginif B='0' then count3<=0;clk2<='0';elsif(C'event and C='1') then count3<=count3+1;if count3=5000 then clk2<='1';elsif count3=10000 then clk2<='0';count3<=0;end if;end if;end process;half:process(clk2)beginif(clk2'event and clk2='1') then――如果脉冲个数多于自动播放的音符，则计数器回０，否则记录第几个脉冲if count0=62 then count0<=0;else count0<=count0+1;end if;end if;end process;musicplay:process(C,B,A)beginif B='1' then――启动自动播放后，在５ＨＺ的脉冲下，每来一个脉冲相应播放一个音符case count0 iswhen 0 => D<="00010000";when 1 => D<="00000100";when 2 => D<="00000100";when 3 => D<="00000100";when 4 => D<="00001000";when 5 => D<="00000010";when 6 => D<="00000010";when 7 => D<="00000010";when 8 => D<="00000001";when 9 => D<="00000010";when 10 => D<="00000100";when 11 => D<="00001000";when 12 => D<="00010000";when 13 => D<="00010000";when 14 => D<="00010000";when 15 => D<="00010000";when 16 => D<="00010000";when 17 => D<="00000100";when 18 => D<="00000100";when 19 => D<="00001000";when 20 => D<="00000010";when 21 => D<="00000010";when 22 => D<="00000010";when 23 => D<="00000001";when 24 => D<="00000100";when 25 => D<="00010000";when 26 => D<="00010000";when 27 => D<="00000001";when 28 => D<="00000001";when 29 => D<="00000001";when 30 => D<="00000001";when 31 => D<="00000010";when 32 => D<="00000010";when 33 => D<="00000010";when 34 => D<="00000010";when 35 => D<="00000010";when 36 => D<="00000100";when 37 => D<="00001000";when 38 => D<="00001000";when 39 => D<="00000100";when 40 => D<="00000100";when 41 => D<="00000100";when 42 => D<="00000100";when 43 => D<="00000100";when 44 => D<="00001000";when 45 => D<="00010000";when 46 => D<="00010000";when 47 => D<="00010000";when 48 => D<="00000100";when 49 => D<="00000100";when 50 => D<="00000100";when 51 => D<="00001000";when 52 => D<="00000010";when 53 => D<="00000010";when 54 => D<="00000010";when 55 => D<="00000001";when 56 => D<="00000100";when 57 => D<="00010000";when 58 => D<="00010000";when 59 => D<="00000001";when 60 => D<="00000001";when 61 => D<="00000001";when 62 => D<="00000001";when others => null;end case;else D<=A;－－如果不进行自动播放，则将输入８位音符直接输出，并且不执行前两个进程的操作end if;end process;end music;音调发生器模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity tone isport(A:in std_logic_vector(7 downto 0);――输入的是８位音符的电平B:out integer range 0 to 170);――输出的是各音符对应的模值end tone;architecture rtl of tone isbeginsearch:process(A)begincase A iswhen "00000001" =>B<=95;when "00000010" =>B<=85;when "00000100" =>B<=75;when "00001000" =>B<=71;when "00010000" =>B<=63;when "00100000" =>B<=56;when "01000000" =>B<=50;when "10000000" =>B<=47;when others =>B<=170;end case;end process;end rtl;数控分频模块：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity control isport(A:in std_logic;――时钟信号B:in integer range 0 to 170;――各音符的模值C:out std_logic);end control;architecture abc of control issignal spk:std_logic;begintwoclock:process(A,B)――将各个音符按照不同的模值分频得到各音符的频率的２倍variable count1:integer range 0 to 170;beginif(A'event and A='1') thenif count1=B then count1:=0;spk<='1';else count1:=count1+1;spk<='0';end if;end if;end process;reverse:process(spk)――二分频使占空比为５０％并直接输出variable count2:std_logic;beginif(spk'event and spk='1') then count2:=not count2;if count2='1' then C<='1';else C<='0';end if;end if;end process;end abc;实验总结：在这次实验中，我们首先想到的是做实现手动操作的电子琴，但是在后面的电子钟实验中整点报时时需要播放一段音乐，因此想到了在电子琴的实验中实现手动操作和自动播放两种模式,，并且也遇到了很多问题。