EDA课程设计--乐曲硬件演奏电路的VHDL设计

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1、EDA课程设计题目：乐曲硬件演奏电路的VHDL设计专业：通信工程班级：通信姓名：学号：一、设计题目：乐曲硬件演奏电路的VHDL设计二、设计目标：了解乐曲演奏的设计原理。掌握利用VHDL实现乐曲演奏的设计方法。完成乐曲硬件演奏电路的VHDL设计，并能实现以下功能：（1）能够播放“梁祝”乐曲。（2）能够通过LED显示音阶。（3）（选作）具有“播放/停止”功能，并在此基础上实现“按键演奏”的电子琴功能。三、设计原理：（含原理图）图1：设计原理图本设计由四个功能模块组成：数控分频与演奏发生器模块,即SPEAKERA；乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路模块，即TONETA

2、BA；音乐节拍和音调发生器模块，即NOTETABS；LED音阶显示模块，即DECL7S。SPEAKERA模块：获得音符的频率。这是一个数控分频器，由其clk端输入一个4MHz的信号，通过SPEAKERA分频后由SPKS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，为了有利于驱动扬声器，须另加一个D触发器以均衡其占空比，但这时的频率将是原来的一半。SPEAKERA对clk输入信号的分频比由11位预置数TONE[10..0]决定。SPKS的输出频率将决定每一音符的音调，这样，分频计数器的预置值TONE[10..0]与SPKS的输出频率就有了对应关

3、系。TONETABA模块：音符的持续时间须根据乐曲的速度即每个音符的节拍数来确定，原理图中TONETABA的功能首先是为SPEAKERA提供决定所发音符的分频预置数，而此数在SPEAKERA输入口的停留时间即为音符的节拍值。模块TONETABA是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路，其中设置了梁祝乐曲全部音符所对应的分频预置数，共13个，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，在此为4Hz.这13个数值的输出由对应于NOTETABA1的4位输入值Index[3..0]的输出值与持续时间由模块NOTETABS决定。NOTE

4、TABS模块：在NOTETABS中设置了一个8位二进制计数器（计数最大值为138，因为共有138个音符），这个计数器的频率选为4Hz,即每一个计数值得停留时间为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。例如，NOTETABS在以下的VHDL逻辑描述中，梁祝乐曲的第一个音符为3，此音在逻辑中停留了4个时钟节拍，即1秒时间，相应地，所对应的3音符分频预置值为1036，在SPEAKERA的输入端停留了1秒。随着NOTETABS中的计数器按4Hz的时钟速率做加法计数时，即随着地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过ToneIndex[

5、3..0]端口输向ToneTaba模块，梁祝乐曲就开始连续自然地演奏起来了。DECL7S:为了检验音阶的正确性，在ToneTaba中的输出端CODE[3..0]端接入LED显示模块以显示其音阶。四、设计内容：（含状态转换图、软件流程图、说明文字等，不要附程序）设计的系统框图：EPF10K10LC84-4LED音阶显示二极管高低音阶显示扬声器乐谱数据输入图2：系统设计框图设计内容一：定制NoteTabs模块中的音符数据ROM“music”，明确数据表中的数据位宽、深度和数据的表达类型。最后对ROM仿真，确认音符数据已经全部列入其中。设计内容二：根据实验原理和各功能

6、模块的VHDL描述，然后在max-plusⅡ上完整各功能模块的设计，包括编辑、编译、综合和仿真等。获得原理图，给出仿真波形，并进行分析。设计内容三：仿真测试正确无误后，将设计编程下载到选定的目标器件中作进一步的硬件测试，以便最终了解设计项目的正确性。锁定引脚并编译，编程下载完成硬件测试。五、仿真结果：（含仿真波形图）图3：仿真波形图经验证，Led显示音阶与music乐曲演奏数据相符合。六、实验结果：（程序下载验证是否通过）选定芯片，锁定引脚，下载，完成乐曲播放的功能，同时led显示相应的音阶，发光二极管显示高低音。七、总结：（结论部分，可以附感想和建议）在EDA

7、课程设计的两个星期里，学到很多，不仅巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对EDA的了解，同时使我对该课程有了更加浓厚的兴趣。在编写程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接总是有错误，不过在细心的检查和老师的指导下，终于找出了错误并纠正。在波形仿真时，也遇到了一点困难,想要的结果不能在波形上得到正确的显示，因此修改相应的频率，使得输出结果能正确的显示。Lpm模块是在学习时没有学过的，通过老师的指导，定制LPM_ROM文件，选择ROM参数，加入初始化文件music.mif，完成定制。下载时，并不是很顺利，l

8、pm模块要重新定制，引脚