08本FPGA综合实验指导书

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1、«FPGA综合设计实验指导书》音乐播放控制电路设计一、设计任务和要求1、设计一个具有3个八度音程的电子音乐自动循环播放电路，具体播放曲目可以由设计者自由编辑；2、设计8*8点阵动态显示，要求点阵图案随播放的咅乐动态显示不同的图形。3、在QuartusII开发平台中实现该音乐播放器的设计和仿真，并在LP-2900实验装置上下载实现。4、按给定要求，书写课程设计报告书。二、电子音乐的控制原理1.数字简谱介绍516535简谱是一种比较简单易学的音乐记谱法，数字简谱用不同的点和线段配合八个阿拉伯数字0〜7构成音符，记录并表示千变万化的音乐曲子及

2、其基本音乐元素，如下图1所示。3-1•2_615•••I••2•3765•6.12

3、316561

4、5--图1简谱示例乐曲的基本元素是：音的高低（音高）、音的长短（时值）、音的力度和音质（音色）。其中音的高低和长短不同决定了乐曲的不同，因此成为构成音乐的最重要的基础元素。而简谱中的音符则表示了音高和音长两个主要元素。（］）昔咼按照一定关系结合在一起的几个音（简谱是七个音）构成一个调式。音符用数字1、2、3、4、5、6、7分别表示同一调式七个不同的音高：多、来、米、发、索、拉、西（do、re、mi、fa>so、la、si）。这七个数字（音名

5、）上、下标注的点表示音调升高8度音程或降低8度咅程。数字0为休止符，表示停止发咅。每一个音高的音振动都是有规则的，可保持在某个频率上，比如1的频率为523.3Hz。研究发现，具有倍频关系的两个咅之间，听来有一定的相似性，如低咅1和中音1。这种听来有相似性的音程关系，被称作8度音程。因此，十二平均率规定相差8度音程的音高频率互差一倍。一个8度音程之间又可分为12个半音，每两个半音的频率相差皈。简谱屮每两个相邻的音高间隔一个半音，所以，相邻音高的频率相差迈。表1列出了高、屮、低三个8度音程21个音高的信号频率。低音频率(Hz)屮音频率(Hz

6、)冋曰频率(Hz)1■261.61523.3♦11046.52♦293.72587.3♦21174.73♦329.63659.3♦3⑶&54♦349.21698.5♦41396.95♦3925784♦515686♦4406880♦617607♦493.97987.8♦71975.5(2)音长音长表示一个音持续时间的长短，简谱中常用数字下或数字后的线段表示，如5-,5等。没有线段的数字为四分音符，其时值为音长的基本度量单位，称为一拍。数字下面标注的线段表示时间减短，每增加一条线段时值等分一半，音符相应地称为八分音、十六分音…。数字后血标注

7、的线段称延长线,表示前一个咅符的吋值增加，每条延长线的吋值增量为一拍。如果数字的后边有点，称附点音符，表示延长前一个咅符时值的一半。比如“5・”的时值为1拍半(5+5),而“上”的时值为四分之三拍时间©+昼)。表2以“5”为例，列出了不同音符的时值关系。表2不同音符的时值关系名称全音符二分音符四分音符八分音符十六分音符三十二分音符音符L05-55时值4拍2拍1拍半拍四分之一拍八分之一拍音长是一个相对的吋间概念，一拍的吋间长度没有限制，可以是1秒也可以是2秒或半秒。若将四分咅符的时值定为一秒，其它咅符的时值长度以其为基本参照度量，半拍为0

8、.5秒，2拍为2秒，以此类推。比如当乐曲的规定速度为每分钟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，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起了。1.演奏原理电子音乐的演奏原理就是根据音高和音长控制蜂鸣器的信号频率和切换时间。以图1简谱第一小段为例，从简谱中可知音高3二拍，5—拍半，6半拍，总共是4拍，其屮•••最小时值是半拍。以半拍为时值参照基准，即可得到其他拍子的时值。然后在每一段吋值中输出相应咅高的频率，输送到蜂鸣器后，就可播放出这

9、段咅乐。假设半拍吋值为T,则该段简谱的输出波形如图2所示。图2简谱输出波形三、8*8点阵动态显示原理1、8*8点阵显示原理点阵显示电路是由发光二极管组成的阵列。每一行发光二极管的阳极接在一起，由行信号ROWi控制；每一列发光二极管的阴极接在一-起，由列信号Ci驱动。图3・1是8行、8列的发光二极管点阵显示电路，从上至下各行、从左至右各列编号依序增加。当某行信号为“1”、某列信号为“0”吋，连接该行、该列的发光二极管亮。若行信号ROW3为“1”、列信号C4、C6为“0”，阵列中对应的两个发光二极管亮，如图3・1所示。R0W1R0W2R0W

10、3R0W4R0W5ROW6ROW7ROWSClC2C3C4C5C6C7C8图3・1发光二极管点阵显示原理如果把发光二极管阵列的每一行看作一个8段共阳显示器，ROWi为阳极公共端，每一列Cj就是显示器的一个段