硬件电子琴电路模块设计.doc

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1、西南科技大学实验报告课程名称：基于FPGA的现代数字系统设计实验名称：硬件电子琴电路模块设计姓名：陈岑学号:班级：电子1201指导教师：刘桂华西南科技大学信息工程学院制硬件电子琴电路模块设计一、实验原理一、节拍1、在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或称一拍。2、拍子的时值是以音符的时值来表示的，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍），也可以是二分音符（以二分音符为一拍）或八分音符（以八分音符为一拍）。例2/4,3/4等任务分析：3、拍子的时值是一个相对的时间概念比如当乐曲的规定速度为每分

2、钟60拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一秒；当规定速度为每分钟120拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一秒。在本次实验中，最小的节拍是1/4拍，规定速度是每拍1秒。可以得到，在我们把音符按照以1/4拍为单位存放到ROM里，而后以4HZ频率读取，则可以实现乐曲的节拍。二、音符与频率乐曲中不同的音符实质上表示的是不同频率的声音。 只要产生不同频率的脉冲，再通过喇叭等播放出来即可。又由于方波容易用定时器产生，故使用方波脉冲。要产生音频脉冲：1、算出某一音频的脉冲的周期（1/频率）2、然后将此周期除以2，即为半周期的

3、时间。3、利用定时器，计时这个半周期的时间，每当计时到后，就将输出脉冲的I/O反相。4、重复计时此半周期的时间再对I/O反相，就可以在I/O脚上得到此频率的脉冲。例如，频率为523Hz，其周期为1/523 S=1912uS，因此只要令计数器计时956，在每计数956次时就将I/O反接，就可得到中音DO（532Hz）。其计数值N可以根据以下公式得到：2N=Tr/Ti=Fi/Fr  （Fi为内部时钟频率，Fr为对应音符频率）（Ti为内部时钟周期，Tr为对应音符周期）1、可以得到：如果以1MHZ为内部时钟频率，要发出低7SI音

4、（494HZ），我们需要计数2024个1MHZ时钟周期，其中，当计数到2024/2=1012个时钟时，将脉冲翻转一次。1、结合前述的节拍，如果要发出低7SI音1拍，则只要持续494HZ方波1秒钟即可，如果按1/4拍单位存放到ROM里，ROM的读出时钟是4HZ，那低7SI音应该装载几个存储单元？本实验用FP分四步1、将待播放的《梁祝》音乐音符存入ROM2、以4HZ频率读取ROM3、根据1MHZ的内部时钟要求，将读出的音符换算成应计数的数值4、以1MHZ为内部时钟，实现符合要求的方波信号。GA实现乐曲的播放原理。硬件电子琴电

5、路设计方案模块Speaker模块Speakera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Speakera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。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。增加乐

6、曲自动演奏电路在原设计的基础上，增加一个Notetabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在Notetabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，乐曲曲谱真值表放置于名为Music的ROM模块中。由一个计数器来生成读取ROM所需的地址数据，对ROM以4HZ的频率进行读取，实现控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。需要说明：由于实验板上，只有50MHZ有源晶振，故将用50MHZ进行分频实现12.5MHZ的时钟，在后续模块Speak

7、era.v中再分频得到近似1MHZ时钟，要求自行设计50MHZ到12.5MHZ的分频模块：div_50_12M.v系统需要4HZ频率读ROM，于是用50MHZ，分频得到4HZ频率。根据下载板的情况，两个分频模块均设reset=0时，系统复位。由于这两个分频模块仿真时间较长，故这部分不要求进行仿真。一、实验步骤1、建立工程：file->NewProject。并且设置projectproperty。注意perfectlanuage应该选择Verilog。构建一个工程名为songer的工程，并放在E盘目录下。2、建立工程后，分

8、别输入ToneTaba.v和Speakera.v的VerilogHDL文本，进行综合和功能仿真，理解、验证模块功能。3、建立名为NoteTabs的Verilog文件后，编辑代码如下：moduleNoteTabs(Clk,ToneIndex);inputClk;output[3:0]ToneIndex;reg[7:0]