数字电路与逻辑设计实验电子节拍器的设计与实现-综合实验报告

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1、数字电路与逻辑设计实验电子节拍器的设计与实现综合实验报告学院：信息与通信工程学院班级：姓名：曹爽学号：班内序号：062015年11月12日26目录一、实验题目和任务要求2（一）实验题目2（二）基本要求2（三）提高要求2二、系统设计2（一）设计思路2（二）总体框图3（三）分块设计6三、仿真波形及波形分析6（一）encode文件仿真6（二）change文件仿真7（三）fangdou文件仿真7四、源程序8（一）connect.vhd8（二）beat.vhd10（三）change.vhd12（四）chw.vhd12

2、（五）cnta.vhd13（六）cora.vhd14（七）encode.vhd17（八）fangdou.vhd18（九）fenpin.vhd18（十）jibenpinlv.vhd20（十一）voice.vhd21（十二）xianshi.vhd22五、功能说明及资源利用情况23（一）功能说明23（二）资源占用情况24六、故障及问题分析24七、总结和结论25八、参考文献2626一、实验题目和任务要求（一）实验题目电子节拍器的设计与实现，设计并实现一个具有声光显示的电子节拍器。（二）基本要求1、速度在40~120

3、次/分钟范围内连续可调，通过2个按键进行速度调节，一个用来增加，一个用来减少，当长按按键时，按5次/秒的速度连续增加或减少，用3个数码管显示当前速度。2、节拍有1/4、2/4、3/4、4/4、3/8、6/8可选，通过一个按键选择，用2个数码管显示。3、通过一个按键开始和停止打节拍，开始后按照设置好的节拍和速度打节拍。4、要求有声音和灯光提示，声音要有强弱区别，灯光可用不同颜色的发光二极管表示强弱。（三）提高要求1、通过一个按键选择时值（节奏类型），并在用点阵显示，如下图。2、自拟其他功能。二、系统设计（一）

4、设计思路最开始，我的想法是先设置速度，让高频时钟经过分频器，分出40~120次/分钟（即周期在0.5s~1.5s之间，因为只有统一到周期上才能用数时钟沿的方式进行分频），分频系数随速度变化而变化，大概呈反比例关系。下一步是设计节拍类型，题目中要求的六种节拍类型含义如下：（其中×表示强拍，△表示次强拍，〇表示弱拍，

5、表示小节线。）1/4拍：以四分音符为一拍，每小节一拍，节奏类型：

6、×

7、×

8、……262/4拍：以四分音符为一拍，每小节二拍，节奏类型：

9、×〇

10、×〇

11、……3/4拍：以四分音符为一拍，每小节三拍，节奏类

12、型：

13、×〇〇

14、×〇〇

15、……4/4拍：以四分音符为一拍，每小节四拍，节奏类型：

16、×〇〇〇

17、×〇〇〇

18、……3/8拍：以八分音符为一拍，每小节三拍，节奏类型：

19、×〇〇

20、×〇〇

21、……6/8拍：以八分音符为一拍，每小节六拍，节奏类型：

22、×〇〇△〇〇

23、×〇〇△〇〇

24、……从乐理的角度来说，两拍之间的时间间隔是由速度控制的。而如果没有指定以哪种音符为基准，那么3/4拍和3/8拍的节奏是完全一样的，如果指定了以某种音符为基准，则3/4拍和3/8拍的节奏是二倍的关系。题目中没有给出以哪种音符作为速度的基准，所以按理说3/4拍和

25、3/8拍应该是一样的节奏，为了加以区分，我把3/8拍的节奏设置成了强，次强，弱（×△〇），以示区分。经过了速度和节拍类型的设置之后，节拍器其实就已经确定了工作方式。在确定速度和节拍类型的同时，将设定的速度和节拍类型显示在数码管上，用两个按键控制速度的增减，用另一个按键控制节拍类型的切换。之后，在节拍器正常工作的同时，设置蜂鸣器强、次强、弱三种蜂鸣频率作为每拍提示音，并且讲三个二极管提示灯设置成红、黄、绿三种颜色跟随节奏闪烁，以对应强、次强、弱三种节拍强度。整个节拍器可以通过一个拨码开关控制工作和停止工作，只

26、要设置一个信号，1时工作，0时停止工作即可。整个思路可以由以下框图表示：蜂鸣器（含频率设置）buttonbuttonbuttonclear选择节拍类型分频器（选择速度）clkLED灯（含颜色设置）数码管显示图2.1.1初步设计框图这是我最初的设计思路，在之后的实际设计中，又添加了许多模块（如防抖模块、点阵显示模块等），这些内容会在后文叙述。（一）总体框图由于我采用的是用代码连接各模块的方式，所以在整个节拍器设计并调试完毕之后，我用QuartusII自带的RTLViewer功能，将各模块的连接绘制成了整体框图

27、，如图2.2.1和图2.2.2所示。26图2.2.1RTLViewer总体框图26图2.2.2RTLViewer总体框图（续）26从整体框图可以看出，整个节拍器由13个模块组成，外部信号包括：clearin（开关）、clkin（高频时钟）、buttona、buttonb、buttonc三个控制按钮组成；输出包括数码管显示、LED显示、蜂鸣器、点阵显示等。模块包括防抖模块、数码管显示模块、分频器模块、节奏选择模块等