乐曲硬件演奏电路设计.doc

实验十四 乐曲硬件演奏电路设计 一、实验目的：学习利用数控分频器设计硬件乐曲演奏电路。 二、实验原理： 主系统如下图所示由三个模块组成，分别为NOTETABS、TONETABA、SPEAKERA。 NOTETABS模块类似于弹琴人的手指；TONETABA模块类似于琴键；SPEAKERA类似于琴弦或音调发生器。 音符的频率由SPEAKERA模块获得，这是一个数控分频器。由其CLK端输入一具有较高频率（12MHZ）的信号，通过SPEAKERA分频后由SPKOUT输出。SPEAKERA对CLK输入信号的分频比由11位预置数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。例如在TONETABA模块中若取TONE[10..0]＝1036，将发出音符“3”音的信号频率。 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模块的功能首先是为SPEAKERA提供决定所发音符的分频预置数，而此数在SPEAKERA输入口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，其中需设置“梁祝”乐曲全部音符所对应的分频预置数，共13个，每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块NOTATABS的CLK的输入频率决定，在此为4HZ。这13个值的输出由对应于TONETABA的4位输入值INDEX[3..0]确定。 在NOTETABS中设置了一个8位二进制计数器（计数最大值为138），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4HZ，即每一计数值的停留时间为0.25秒，恰为当全音符设为1秒时，四四拍的4分音符持续时间。例如，“梁祝”乐曲的第一个音符为“3”，此音在逻辑中停留了4个时钟节拍，即1秒时间，相应地，所对应的“3”音符分频预置值为1036，在SPEAKERA的输入端停留了1秒。随着NOTETABS中的计数器按4HZ的时钟频率作加法计数时，即随地址递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM通过TONEINDEX[3..0]端口输向TONETABA模块，“梁祝”乐曲就开始连续自然地演奏起来了。 三、实验内容与要求 1、定制NOTETABS模块中的音符数据ROM“music”。该ROM中的音符数据列在后面。注意数据表中的数据位宽、深度和数据的表达类型。最后对该ROM进行仿真。 2、根据以上的原理图及原理分析，给出各模块的VHDL描述及顶层VHDL设计，给出仿真波形，并在硬件上进行验证。 3、实验报告：根据以上的要求，给出完整的乐曲硬件演奏电路的VHDL程序。 “梁祝”乐曲演奏数据（文件后缀位.mif） WIDTH=4; DEPTH=256; ADDRESS_RADIX=DEC; DATA_RADIX=DEC; CONTENT BEGIN――注意实用文件中要展开以下数据， ――每一组占一行 00:3;01:3;02:3;03:3;04:5;05:5;06:5;07:6;08:8;09:8;10:8;11:9;12:6; 13:8;14:5;15:5;16:12;17:12;18:12;19:15;20:13;21:12;22:10;23:12; 24:9;25:9;26:9;27:9;28:9;29:9;30:9;31:0;32:9;33:9;34:9;35:10;36:7; 37:7;38:6;39:6;40:5;41:5;42:5;43:6;44:8;45:8;46:9;47:9;48:3;49:3; 50:8;51:8;52:6;53:5;54:6;55:8;56:5;57:5;58:5;59:5;60:5;61:5;62:5; 63:5;64:10;65:10;66:10;67:12;68:7;69:7;70:9;71:9;72:6;73:8;74:5; 75:5;76:5;77:5;78:5;79:5;80:3;81:5;82:3;83:3;84:5;85:6;86:7;87:9; 88:6;89:6;90:6;91:6;92:6;93:6;94:5;95:6;96:8;97:8;98:8;99:9;100:12; 101:12;102:12;103:10;104:9;105:9;106:10;107:9;108:8;109:8;110:6; 111:5;112:3;113:3;114:3;115:3;116:8;117:8;118:8;119:8;120:6;121:8; 122:6;123:5;124:3;125:5;126:6;127:8;128:5;129:5;130:5;131:5; 132:5;133:5;134:5;135: