電子琴的設(shè)計.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除硬件電子琴電路模塊設(shè)計 一、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)利用數(shù)控分頻器設(shè)計硬件電子琴實驗。二、實驗原理：實驗用FPGA實現(xiàn)樂曲的播放原理： 分四步1、將待播放的梁祝音樂音符存入ROM2、以4HZ頻率讀取ROM 3、根據(jù)1MHZ的內(nèi)部時鐘要求，將讀出的音符換算成應(yīng)計數(shù)的數(shù)值4、以1MHZ為內(nèi)部時鐘，實現(xiàn)符合要求的方波信號。圖1 硬件電子琴電路結(jié)構(gòu)主系統(tǒng)由五個模塊組成，songer.v是頂層設(shè)計文件，其內(nèi)部有五個功能模塊（如圖1所示）：Speakera.v 和ToneTaba.v ，NoteTabs.v，div_50_12M.v,div_50_4HZ.v。模塊ToneTaba是音階發(fā)生器，當(dāng)8位發(fā)聲控制輸入Index中某一位為高電平時，則對應(yīng)某一音階的數(shù)值將從端口Tone輸出，作為獲得該音階的分頻預(yù)置值；同時由Code輸出對應(yīng)該音階簡譜的顯示數(shù)碼，如5，并由High輸出指示音階高8度顯示。模塊Speakera中的主要電路是一個數(shù)控分頻器，它由一個初值可預(yù)置的加法計數(shù)器構(gòu)成，當(dāng)模塊Speakera由端口Tone獲得一個2進(jìn)制數(shù)后，將以此值為計數(shù)器的預(yù)置數(shù)，對端口Clk12MHZ輸入的頻率進(jìn)行分頻，之后由Spkout向揚(yáng)聲器輸出發(fā)聲。增加一個NoteTabs模塊用于產(chǎn)生節(jié)拍控制（Index數(shù)據(jù)存留時間）和音階選擇信號，即在NoteTabs模塊放置一個樂曲曲譜真值表，由一個計數(shù)器的計數(shù)值來控制此真值表的輸出，而由此計數(shù)器的計數(shù)時鐘信號作為樂曲節(jié)拍控制信號，從而可以設(shè)計出一個純硬件的樂曲自動演奏電路。div_50_12M.v是由于實驗板上，只有50MHZ有源晶振，故將用50MHZ進(jìn)行分頻實現(xiàn)12.5MHZ的時鐘，在后續(xù)模塊Speakera.v中再分頻得到近似1MHZ時鐘。div_50_4HZ.v是用系統(tǒng)需要4HZ頻率讀ROM，于是用50MHZ，分頻得到4HZ頻率。三、實驗內(nèi)容：1自己編寫12.5 MHZ和4HZ的分頻程序div_50_12M和div_50_4HZ。用CLOCK=50MHZ(PIN_N2)的輸入頻率接入并進(jìn)行分頻得12.5MHz，此信號作為Speakera模塊的輸入頻率；用CLOCK=50MHZ的輸入頻率接入并進(jìn)行分頻得4Hz，此信號作為NoteTabs模塊的輸入頻率。2Music模塊用ROM的IP CORE存放“梁?！睒非葑鄶?shù)據(jù)，編寫并加載.COE文件放置梁?！睒非葑鄶?shù)據(jù)。3編譯適配以上文件，給出仿真波形，最后進(jìn)行下載和硬件測試實驗。4選擇LD5LD2發(fā)光管顯示Code3Code0表示琴音簡譜碼，發(fā)光管LD7顯示高8度，SPEAKOUT接蜂鳴器端口。工程分布：頂層模塊：songer.vmodule songer(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout);input clk_50M;/CLK=50MHZinput reset;output3:0 Code1;output High1,Spkout;wire10:0 Tone;wire3:0 ToneIndex;wire clk_4HZ,clk_12M;NoteTabs u0( .Clk(clk_4HZ), .ToneIndex(ToneIndex) );ToneTaba u1( .Index(ToneIndex), .Code(Code1), .High(High1), .Tone(Tone) ); Speakera u2( .Clk(clk_12M), .Tone(Tone), .SpkS(Spkout) );div_50_12M u3(clk_50M,clk_12M,reset); div_50_4HZ u4(clk_50M,clk_4HZ,reset);endmoduleNoteTabs模塊：module NoteTabs(Clk,ToneIndex); input Clk; output3:0 ToneIndex; reg7:0 Counter;always(posedge Clk ) beginif(Counter=138) Counter=8b00000000;else Counter=Counter+1b1;endMusic u5( .address(Counter), .clock(Clk), .q(ToneIndex) );endmoduleToneTaba模塊：module ToneTaba (Index,Code,High,Tone); input3:0 Index; output3:0 Code; output High; output10:0 Tone; reg3:0 Code; reg High; reg10:0 Tone; always (Index) begin case(Index) 4b0000 :begin Tone=11b11111111111;Code=4b0000;High=1b0;end/2047 4b0001 :begin Tone=11b01100000101;Code=4b0001;High=1b0;end/773 4b0010 :begin Tone=11b01110010000;Code=4b0010;High=1b0;end/912 4b0011 :begin Tone=11b10000001100;Code=4b0011;High=1b0;end/1036 4b0101 :begin Tone=11b10010101101;Code=4b0101;High=1b0;end/1197 4b0110 :begin Tone=11b10100001010;Code=4b0110;High=1b0;end/1290 4b0111 :begin Tone=11b10101011100;Code=4b0111;High=1b0;end/1372; 4b1000 :begin Tone=11b10110000010;Code=4b0001;High=1b1;end/1410; 4b1001 :begin Tone=11b10111001000;Code=4b0010;High=1b1;end/1480; 4b1010 :begin Tone=11b11000000110;Code=4b0011;High=1b1;end/1542; 4b1100 :begin Tone=11b11001010110;Code=4b0101;High=1b1;end/1622; 4b1101 :begin Tone=11b11010000100;Code=4b0110;High=1b1;end/1668; 4b1111 :begin Tone=11b11011000000;Code=4b0001;High=1b1;end/1728; default :begin Tone=11b11111111111;Code=4b0000;High11)begin PreClk=1b1; Count4=1; end else begin PreClk=1b0; Count4=11h7FF) begin Count11=Tone; FullSpkS=1b1; end else begin Count11=Count11+1b1; FullSpkS=0; endendalways(posedge FullSpkS)begin Count2=Count2; if(Count2=1b1) SpkS=1b1; else SpkS=1b0; endendmodule兩個分頻模塊：IP核模塊：MEMORY_INITIALIZATION_RADIX = 10;MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 3 , 3 , 3 , 3, 5, 5, 5,6, 8, 8, 8 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 12,12,12, 15, 13 , 12 , 10 , 12, 9, 9, 9, 9, 9, 9, 9 , 0 , 9 , 9, 9, 10, 7, 7, 6, 6, 5 , 5 , 5 , 6, 8, 8, 9, 9, 3, 3, 8 , 8 , 6 , 5, 6, 8, 5, 5, 5, 5, 5 , 5 , 5 , 5, 10, 10, 10, 12, 7, 7, 9 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 3 , 5 , 3 , 3, 5, 6, 7, 9, 6, 6, 6 , 6 , 6 , 6, 5, 6, 8, 8, 8, 9,12 ,12 ,12 ,10, 9, 9,10, 9,8, 8, 6 , 5 , 3 , 3, 3, 3, 8,8, 8,8,6 , 8 ,6 , 5, 3, 5, 6,8, 5,5,5 ,5 , 5 ,5, 5,5,0, 0, 0;執(zhí)行綜合后的電路：引腳鎖定：四、思考題：1、電路上應(yīng)該滿足哪些條件，才能用數(shù)字器件直接輸出的方波驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲？答：當(dāng)電路輸出的頻率在揚(yáng)聲器的工作范圍之內(nèi)時，驅(qū)動電流能夠驅(qū)動揚(yáng)聲器，才能用數(shù)字器件直接輸出的方波驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。2、如果演奏其他樂曲，程序應(yīng)做哪些方面的改動？程序應(yīng)將coe文件改掉以及ToneTbaba和NoteTabs做相應(yīng)改變，要將頻譜對應(yīng)的中高低音對應(yīng)的二進(jìn)制改變。五、實驗過程代碼分析：1、在分頻模塊中用50M分頻產(chǎn)生50%的4HZ時鐘，先將count、clk_4HZ賦值為0一次，在50M始終上升沿觸發(fā)，如果count計數(shù)到6249999，將count賦值為0，并將clk_4HZ反轉(zhuǎn)，否則繼續(xù)