《乐曲硬件演奏设计报告.docVIP

《EDA技术》课程设计报告 班别： 姓名： 学号： 同组人姓名： 设计题目：硬件乐曲演奏电路 任课教师： 2009年12月 一、设计课题 乐曲硬件演奏电路设计 功能要求：仿照课本P263的实验9-1，设计一乐曲演奏电路，演奏的曲目不限，但起码要有两首歌曲，演奏的歌曲分手动选择和自动循环两种模式。 二、设计目的 学习利用实验6－3的数控分频器设计硬件乐曲演奏电路。 三、设计原理 主系统由三个模块组成，Songer是顶层设计文件，其内部有三个功能模块：TONETABA.VHD、 NOTETABS.VHD、SPEAKERA.VHD。（NOTETABS 类似于弹琴人的手指，TONETABA类似于琴键，SPEAKERA类似于琴弦或音调发声器） 与利用微处理器(CPU或MCU)来实现乐曲演奏相比，以纯硬件完成乐曲演奏电路的逻辑要复杂得多，如果不借助于功能强大的EDA工具和硬件描述语言，仅凭传统的数字逻辑技术，即使最简单的演奏电路也难以实现。本实验设计项目作为“梁祝”乐曲演奏电路的实现。 我们知道，组成乐曲的每个音符的发音频率值及其持续的时间是乐曲能连续演奏所需的2个基本要素，问题是如何来获取这两个要素所对应的数值以及通过纯硬件的手段来利用这些数值实现所希望乐曲的演奏效果。 音符的频率可以由SPEAKERA元件获得，这是一个数控分频器，由其CLK 12MHz端输入12MHz脉冲信号，为了有利于驱动扬声器，需另加一个D触发器以均衡其占空比，但这时的频率将是原来的1/2。SPEAKERA对CLK输入信号的分频比由预置输入端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。如在TONETABA模块中若取Tone[10．.0]＝1036，将发出音符为中音“3”的信号频率。 音符的持续时间需根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定，TONETABA模块首先是为SPEAKERA模块提供决定所发音符的分频预置数，而此数停留的时间即为此音符的节拍值。TONETABA模块是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路。设计中所有预置数值的输出由对应于TONETABA的4位输入值Index[3..0]确定，而Index[3..0]的值即ToneIndex[3..0]的输出值与持续时间由模块NOTETABS决定。 在NOTETABS模块中设置了一个8位二进制计数器(计数最大值为256)，作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率选为4 Hz，即每一计数值的停留时间为0．25s，恰为当全音符设为1s时，四四拍的4分音符持续时间。例如，《梁祝》乐曲的第一个音符低音3(1拍)，停留的时间需用4个计数时钟节拍，即1s。相应地，所对应的低音3音符分频预置值为1036，其值在SPKS输出端停留了1s。随着NONETABS模块中的计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时，乐曲就开始连续自然地演奏起来了。 关于手动与自动选择歌曲，通过选择不同地址来实现。设置Counter （自由播放的地址），Counter1（第一首歌的播放地址），Counter2（第二首歌的播放地址）。用mux21a_1作为手动模式下歌曲的选择器，输入分别为Counter1和Counter2，用key1控制s1口，当key1=0，则播放第一首歌（y=Counter1）LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; --指明所使用的库中的STD_LOGIC_1164程序包 ENTITY Songer IS --实体 PORT ( CLK12MHZ : IN STD_LOGIC; --音调频率信号 CLK8HZ : IN STD_LOGIC; --节拍频率信号 key : IN STD_LOGIC; --选择播放模式 key1 : IN STD_LOGIC; --手动模式下歌曲的选择 CODE1 : OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);-- 简谱码输出显示 HIGH1 : OUT STD_LOGIC; --高8度指示 SPKOUT : OUT STD_LOGIC );--声音输出 END; ARCHITECTURE