乐曲硬件演奏电路设计3

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5、分类：默认分类阅读2275评论16字号：大中小订阅引言斥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

6、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口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。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存储音斥数据，以“梁祝”乐曲为例，将音乐数据存储到LPM-ROM,就达

7、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。1音乐演奏电路原理先介绍一下硬件电路的发声原理。声音的频谱范围约在儿十到儿千赫兹，若能利用程序来控制FPGA某个引脚输出一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出相应频率的声咅。乐曲中的每一音符对应着一个确定的频率，要想FPGA发出不同音符的音调，实际上只要控制它输出相应音符的频率即可。乐曲都是市一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频，就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调。而要

8、准确地演奏出一首乐曲，仅仅让扬声器能够发生是不够的，还必须准确地控制乐曲的节奏，即乐曲中每个音符的发生频率及其持续吋间是乐曲能够连续演奏的两个关键因素。[2]1.1音符频率的获得多个不同频率的信号可通过对某个基准频率进行分频器获得。rh于各个音符的频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将计算机得到的分频系数四舍五入取整。若基准频率过低，则分频系数过小，四舍五入取整后的误差较大。若基准频率过高，虽然可以减少频率的相对误差，但分频结构将变大。实际上应该综合考虑这两个方面的因素，在尽量减少误差的前提下，选収合适的基准频率。本文屮选取750KHZ的基准频率。由于现有的

9、高频时钟脉冲信号的频率为12MHz,故需先对其进行16分频，才能获得750KHZ的基准频率。对基准频率分频后的输出信号是一些脉宽极窄的尖脉冲信号（占空比=1/分频系数）。为提高输出信号的驱动能力，以使扬声器有足够的功率发音，需要再通过一个分频器将原来的分频器的输出脉冲均衡为对称方波（占空比=1/2）,但这吋的频率将是原来的1/20表1中各咅符的分频系数就是从750KHZ的基准频率二分频得到的375KHZ频率基础上计算得到的。由于最大分频系数是1274,故分频器采用11位二进制计数器能满足要求，乐曲中的休止符,只要将分频系数设为0,即初始值=211-1=2047,此时扬

10、声器不会发声。[3]表1各个音符的频率及其对应的分频系数（基准频率375KHz）音符名频率呼）分频系数计数初值音符名频率(Hz)分频系数计数袒值休止符37500002047中音4796.1784681579低音1294.3491274773屮音5882.3534251622低音2330.3961135912中音6989.4463791668低咅3370.9210111036中音71136.3633301717低音4386.5989701077高音11175.5493191728低音5394.7379501197高音21353.7902771770低音