乐器演奏电路设计

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1、重庆交通大学计算机与信息学院设计性实验报告班级：通信工程专业07级2班姓名（学号）：实验项目名称：乐器演奏电路设计实验项目性质：设计性实验所属课程：VHDL实验室(中心)：指导教师：徐雯娟实验完成时间：2009年12月13日教师评阅意见：签名：年月日实验成绩：一、实验目的1，了解普通扬声器的工作原理；2，了解QuartusII4.1中提供了宏功能元件库mega_lpm。3，使用LPM_ROM参数化存储模块。二、实验内容及要求要求能够演奏出《友谊地久天长》的曲调或可另选一段较完整的曲调。（扩展要求：能够从数码管上显示出当前曲调的简谱和频率）SPEAKERCLKTONESPKS

2、U3NOTETABSTONEINDEXCLKU1TONETABHIGHINDEXCODETONEU2三、实验原理1，音符的频率：可以由上图中的U3获得，这是一个数控分频器。由其clk端输入一具有较高频率（这里是12MHz）的信号，通过U3分频后由SPKOUT输出，U3对clk输入信号的分频比由11位预置数Tone[10..0]决定。SPKOUT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SPKOUT的输出频率，就有了对应关系。2，音符的持续时间：须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定，图中模块U2的功能首先是为U3提供决定所发音符的分频

3、预置数，而此数在U3输入口停留的时间即为此音符的节拍值。模块U2是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路，其中设置了乐曲全部音符所对应的分频预置数（一共8个），每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块U1的clk的输入频率决定（如为4Hz）,这8个值的输出由对应于U2的3位输入值Index[2..0]确定。3，乐谱的存储：在U1中设置了一个7位二进制计数器（计数最大值为65），作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率若选为4Hz，即每一计数值的停留时间为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。随着U1中的计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时

4、，即随地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过ToneIndex[2..0]端口输向U2模块，乐曲就开始连续自然地演奏起来了。音高频率对照表（徐老师给定发的原频率对照表中频率偏低）1234567低音261293329349396440493中音523587659698784880988高音1047117513191397156817601975四、实验仪器、材料1，2MHZ和4HZ的信号源2，ACEX1KEP1K30TC144—1芯片3，扬声器五、方案设计（设计性实验需要，综合性实验无该项）1，音符的产生：音符的产生是利用数控分频器模块SPKEAR对输入的时

5、钟信号CLK400KHZ进行分频，预置数为TONE[10..0],然后分频得出频率为CLK/2*(2048-TONE[10..0]),通过控制输入预置数TONE[10..0]来达到不同的输出频率,以达到控制扬声器发出不同的声音。例如：当设置预置数TONE[10..0]为1538时，输出SPKEAR频率为396,为低音5。2，频率的分频：由于实验给定信号源为12MHZ，不满足数控分频器模块SPKEAR对输入时钟信号的要求，遂其进行30分频（PULSE30），产生0.4MHZ的时钟信号。3，预置数的产生：预置数TONE[10..0]由模块TONETAB产生。模块TONETAB有

6、输入端口INDEX[2..0]送入音符，模块由CASE选择语句产生与INDEX[2..0]输入端口送入的音符相对应的预置数TONE[10..0]，也同时产生其音符CODE[2..0]送入音符显示模块DISPCODE，和频谱频率frenquence[9..0]送入频率显示模块DISPFREN。例如：当输入端口INDEX[2..0]送入000（为低音5对应的编码），有CAES选择语句产生TONE[10..0]为1538，frenquence[9..0]为396以及CODE[2..0]为101的输出。4，音符的存储：音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。由存储模

7、块music_rom_data控制，以四分之一节拍为1个单位在LPM_ROM中进行存储音符的编码（例如本实验《友谊地久天长》中频谱共涉及了8个音符，使用3个二进制数分别对其编码进行存储；又有二分之一节拍数的音符存储2个单元，以此类推，直到对整首歌曲的乐谱存储结束）。存储模块music_rom_data的输出为数控分频器模块TONETAB的输入端INDEX[2..0]。音符与编码对照表：音符5（低音）123561（高音）6（低音）编码0000010100111001011101115，音符的输出驱动：音符的存储由计数