《樂曲演奏電路》PPT課件.pptVIP

2019/7/3,1,計(jì)算機(jī)EDA設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程,實(shí)驗(yàn)八 樂曲演奏電路,北航計(jì)算機(jī)學(xué)院 艾明晶,2019/7/3,2,內(nèi)容概要,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)要求 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)報(bào)告,2019/7/3,3,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握樂曲演奏電路的工作原理。 了解怎樣控制音調(diào)的高低變化。 了解音長的控制。,2019/7/3,4,實(shí)驗(yàn)要求,設(shè)計(jì)一個(gè)樂曲演奏電路 能反復(fù)演奏附1中的“梁?！睒非?； 用樂曲演奏啟/停按鈕控制樂曲演奏的啟/停； 用復(fù)位按鈕將電路復(fù)位到初始狀態(tài)； 用3個(gè)七段數(shù)碼管分別顯示高、中、低音的音名。 利用GW48 SPOC+開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的編程下載 防抖按鈕開關(guān)鍵1和鍵2實(shí)現(xiàn)樂曲演奏啟/停和復(fù)位； 7段碼顯示數(shù)碼管（共陰級(jí)）數(shù)碼3數(shù)碼1分別顯示 高、中、低音的音名。,2019/7/3,5,實(shí)驗(yàn)原理,樂曲演奏電路的原理 樂曲的每個(gè)音符的頻率值（音調(diào)） 持續(xù)的時(shí)間（音長） 音調(diào)的控制 頻率的高低決定了音調(diào)的高低。音樂的十二平均率規(guī)定：每兩個(gè)八度音（如簡譜中的中音1與高音1）之間的頻率相差一倍。在兩個(gè)八度音之間，又可以分為十二個(gè)半音，每兩個(gè)半音的頻率比為21/12 1.12246 。 音名A（簡譜中的低音6）的頻率為440Hz，音名B到C之間，E到F之間為半音，其余為全音。,2019/7/3,6,簡譜中的音名與頻率的關(guān)系,2019/7/3,7,本實(shí)驗(yàn)中選取6MHz為基準(zhǔn)頻率。 本實(shí)驗(yàn)演奏的是梁祝樂曲，該樂曲各音階頻率及相應(yīng)的分頻系數(shù)如下圖所示。,2019/7/3,8,為減小輸出的偶次諧波分量，最后輸出到揚(yáng)聲器的波形應(yīng)為對(duì)稱方波，在到達(dá)揚(yáng)聲器之前，有一個(gè)二分頻的分頻器。表8-2中的分頻系數(shù)就是在從6MHz頻率二分頻得到的3MHz頻率基礎(chǔ)上計(jì)算得出的。 分頻的方法 反饋復(fù)0法 加載預(yù)置數(shù)法 （本實(shí)驗(yàn)采用這種方法） 預(yù)置數(shù) = 計(jì)數(shù)器最大值分頻系數(shù) = (214 1) 分頻系數(shù) = 16383 分頻系數(shù)。,2019/7/3,9,音長的控制 音符的持續(xù)時(shí)間須根據(jù)樂曲的速度及每個(gè)音符的節(jié)拍數(shù)來確定。 本實(shí)驗(yàn)演奏的梁祝片斷，最短的音符為四分音符，如果全音符的持續(xù)時(shí)間設(shè)為1s，則四分音符的持續(xù)時(shí)間為0.25s。,2019/7/3,10,樂曲演奏電路原理圖,反饋預(yù)置計(jì)數(shù)器對(duì)基準(zhǔn)頻率6MHz進(jìn)行分頻，產(chǎn)生分頻后的輸出時(shí)鐘信號(hào)。再經(jīng)過2分頻器，成為方波信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 音名顯示電路顯示樂曲演奏時(shí)對(duì)應(yīng)的音符。 樂譜產(chǎn)生電路用來根據(jù)高音、中音和低音的值決定分頻計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)的值 。,2019/7/3,11,程序流程圖,2019/7/3,12,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,1. 預(yù)習(xí)時(shí)了解樂理的一些知識(shí) 2. 采用模塊化設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)樂曲演奏電路 樂曲演奏電路子模塊 控制樂曲演奏啟停子模塊 不必單獨(dú)用一個(gè)子模塊實(shí)現(xiàn)，只需在下載用頂層文件中簡單地采用一個(gè)TFF觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)即可。,2019/7/3,13,樂曲演奏電路子模塊,程序分為4個(gè)部分： 反饋預(yù)置計(jì)數(shù)器 2分頻器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的方波信號(hào) 音名顯示，根據(jù)時(shí)長計(jì)數(shù)器的值決定高音、中音和低音的值 樂譜產(chǎn)生電路，根據(jù)高音、中音和低音的值決定分頻計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)origin的值,2019/7/3,14,設(shè)計(jì)下載用頂層文件,2019/7/3,15,3. 時(shí)序仿真 樂曲演奏電路子模塊,注1：為仿真counter信號(hào)，在波形編輯器的“Node Finder”窗口中的“Filter”域下拉列表中選擇“Pins:all & Registers:post-fitting”，然后單擊“List”；則在“Nodes Found”窗口將出現(xiàn)所有的引腳和適配后的寄存器；在其中選擇counter信號(hào)，將其送入右邊的窗口。 注2：為仿真carry、divider和origin信號(hào)，可在程序中將它們聲明為輸出信號(hào)。,2019/7/3,16,4. 編程下載,信號(hào)定義及下載板資源分配 輸入信號(hào) clk_6M：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，6MHz clk_4Hz：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，4Hz startstop：樂曲演奏啟/停信號(hào)，接按鈕開關(guān)鍵1（Pin233）。高有效。 clr：清零信號(hào)，接按鈕開關(guān)鍵2（Pin234）。高有效。,2019/7/3,17,輸出信號(hào) high30：驅(qū)動(dòng)數(shù)碼3，顯示高音的音名，分別連FPGA的Pin132、128、41、21引腳； mid30：驅(qū)動(dòng)數(shù)碼2，顯示中音的音名，分別連FPGA的Pin20、19、18、17引腳； low30：驅(qū)動(dòng)數(shù)碼1，顯示低音的音名，分別連FPGA的Pin16、15、14、13引腳； speaker：方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，連FPGA的Pin174引腳。,2019/7/3,18,開發(fā)系統(tǒng)跳線設(shè)置與操作說明 本實(shí)驗(yàn)采用模式3； 應(yīng)將FPGA適配板上的J6跳線接到Clock0處；同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱右下角的“時(shí)鐘頻率選擇”區(qū)域Clock0跳線應(yīng)接6MHz，Clock2跳線應(yīng)接4Hz。 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)通電后，下載編程目標(biāo)文件 在線校驗(yàn),2019/7/3,19,實(shí)驗(yàn)報(bào)告,根據(jù)仿真波形和下載結(jié)果分析說明樂曲演奏電路的工作過程，要求說明每個(gè)輸出信號(hào)的變化情況。 思考：為什么對(duì)于樂曲中的休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為0，即初始值為214 116383，此