EDA應(yīng)用技術(shù) 第2版 課件 01-樂曲自動演奏電路設(shè)計方案課件

項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案本項目基于FPGA設(shè)計樂曲演奏電路，能夠自動播放編寫好的音樂，通過硬件樂曲自動演奏電路設(shè)計，說明VHDL程序描述電路的方法，介紹VHDL程序順序執(zhí)行語句的使用方法。教學(xué)目標(biāo)項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案技能目標(biāo)知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)(1)能采用文本輸入法，用VHDL程序設(shè)計一般復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。(2)能將系統(tǒng)板的晶振頻率分為不同的頻率。(3)能將實際的數(shù)字系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)化為數(shù)字電子系統(tǒng)硬件語言描述。(4)能基于FPGA在線調(diào)試VHDL程序。(5)能用蜂鳴器、數(shù)碼管、LED燈等元件設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的輸入與輸出。(1)熟悉VHDL程序順序語句的特點。(2)掌握順序賦值語句用法。(3)熟悉if順序描述語句的格式與用法。(4)熟悉case順序描述語句的格式與用法。(1)培養(yǎng)獲取新知識、新技能、新方法的能力。(2)培養(yǎng)在設(shè)計制作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力。(3)培養(yǎng)理性思維和科學(xué)精神。任務(wù)描述項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案在QuartusPrime20.1軟件平臺上，用文本輸入方法設(shè)計“康定情歌”樂曲自動演奏電路，“康定情歌”簡譜，如圖5.1所示。音樂演奏的同時用數(shù)碼管顯示簡譜，音的高低用LED燈指示；用ModelSim-Altera2020.1仿真軟件仿真檢查設(shè)計結(jié)果；選用FPGA最小系統(tǒng)板、LED燈、數(shù)碼管、蜂鳴器等硬件資源進行硬件測試。圖5.1“康定情歌”簡譜設(shè)計方案項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案樂曲自動演奏電路，就是按照樂曲的樂譜節(jié)拍依次輸出對應(yīng)時間長短的音符的頻率。用VHDL程序設(shè)計樂曲自動演奏電路，即利用VHDL程序的平行執(zhí)行特點，設(shè)計二路控制電路，一路準(zhǔn)確地控制輸出的頻率，控制音符音的高低；另一路準(zhǔn)確地控制音符輸出的節(jié)拍，控制音符輸出時間的長短。1.音符頻率的產(chǎn)生項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案從“康定情歌”簡譜中可知，該樂曲采用F調(diào)演奏，F(xiàn)調(diào)簡譜的音符與頻率的關(guān)系如表5.1所示。本設(shè)計基準(zhǔn)時鐘選取5MHz。5MHz頻率通過帶預(yù)置數(shù)的13位2進制計數(shù)器分頻，產(chǎn)生頻率隨預(yù)置數(shù)變化的脈沖信號，由于該脈沖信號非等占空比，不具有驅(qū)動蜂鳴器的能力，故對此脈沖信號再次進行2分頻以推動蜂鳴器發(fā)聲。項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計方案可控分頻器的分頻系數(shù)Tone=213-5000000/2f，f值為歌曲音符的頻率。根據(jù)各音符的頻率及計算公式可計算出F調(diào)各音符，基準(zhǔn)頻率為5MHz時的分頻系數(shù)，如表5.2所示。2.樂曲節(jié)拍的控制項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案一般樂曲的節(jié)拍是1/4拍的整數(shù)倍，若將1拍的時間定為0.8秒，則1/4拍的時長為0.2秒。若是占用時間較長的節(jié)拍（1/4拍的整數(shù)倍），則只需要將該音符連續(xù)輸出相應(yīng)的次數(shù)即可。由此可知，計數(shù)時鐘信號可作為輸出音符快慢的控制信號，時鐘快時輸出節(jié)拍速度就快，演奏的速度也就快，時鐘慢時輸出節(jié)拍的速度就慢，演奏的速度自然降低。本設(shè)計采用5Hz的時鐘信號(周期為0.2秒)來控制樂曲節(jié)拍。3.歌曲樂譜的設(shè)置項目5樂曲自動演奏電路設(shè)計方案歌曲樂譜中各音符所需的節(jié)拍有長有短，若某個音符需停留3個時鐘節(jié)拍，只需連續(xù)3次輸出相同的分頻系數(shù)即可。因而，設(shè)置演奏歌曲的樂譜，就是根據(jù)歌曲樂譜的節(jié)拍存儲每個音符的分頻編碼個數(shù)。演奏