EDA乐曲硬件演奏电路设计-课程设计

摘要

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，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。

本课设在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乐曲硬件演奏电路，并定制LPM-ROM存储音乐数据，以“两只老虎”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。

关键词：FPGA；EDA；VHDL；音乐

目录

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设计要求............................................ 错误!未定义书签。

1、方案论证与对比................................... 错误!未定义书签。

方案一.......................................... 错误!未定义书签。

方案二.......................................... 错误!未定义书签。

综合对比........................................ 错误!未定义书签。

2 乐曲演奏电路原理.................................. 错误!未定义书签。

音乐演奏电路原理............................... 错误!未定义书签。

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音符频率的获得................................. 错误!未定义书签。

乐曲节奏的控制................................. 错误!未定义书签。

乐谱发生器..................................... 错误!未定义书签。

乐曲演奏电路原理框图........................... 错误!未定义书签。3音乐硬件演奏电路的设计实现........................ 错误!未定义书签。

地址发生器模块................................. 错误!未定义书签。

地址发生器的VHDL设计....................... 错误!未定义书签。

分频预置数模块................................. 错误!未定义书签。

、

分频预置数模块的VHDL设计................... 错误!未定义书签。

数控分频模块................................... 错误!未定义书签。

数控分频模块的VHDL设计..................... 错误!未定义书签。

music模块...................................... 错误!未定义书签。

音符数据文件................................ 错误!未定义书签。

LPM-ROM定制................................ 错误!未定义书签。

顶层文件....................................... 错误!未定义书签。

4 时序仿真及下载调试过程............................ 错误!未定义书签。

）

时序仿真图.................................... 错误!未定义书签。

引脚锁定以及下载............................... 错误!未定义书签。

调试过程及结果.................................. 错误!未定义书签。

5扩大乐曲硬件演奏电路的通用性...................... 错误!未定义书签。

完善分频预置数模块的功能....................... 错误!未定义书签。设计总结与心得体会.................................. 错误!未定义书签。参考文献............................................ 错误!未定义书签。

乐曲硬件演奏电路设计

设计要求

利用FPGA,设计一个乐曲硬件演奏电路。乐曲的12平均率规定：每2个八度（如简谱中的中音1与高音1）之间的频率相差1倍。在2个八度音之间，又可分为12个半音，每2个半音的频率比为12/2。另外，音符A的频率为440HZ，音符B到C之间，E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音l至高音1之间每个音符的频率。设计音符查找表电路模块，时钟模块，数控分频器模块，音乐节拍产生模块电路。

1、方案论证与对比

方案一

利用FPGA来实现乐曲硬件演奏电路。乐曲的12平均率规定：每2个八度（如简谱中的中音1与高音1）之间的频率相差1倍。在2个八度音之间，又可分为12个半音，每2个半音的频率比为12/2。另外，音符A的频率为440HZ，音符B 到C之间，E到F之间为半音，其余为全音。由此可以计算出简谱中从低音l至高音1之间每个音符的频率。设计音符查找表电路模块，时钟模块，数控分频器模块，音乐节拍产生模块电路。

方案二

制作一个纯硬件电路来完成乐曲演奏。

综合对比

与利用微处理器来实现乐曲演奏相比，以纯硬件完成乐曲演奏电路的逻辑要复杂得多，如果不借助于功能强大的EDA工具和硬件描述语言，仅凭传统的数字逻辑技术，即使最简单的演奏电路也难以实现。所以选择方案一。