乐曲硬件演奏路设计.doc

《兰花草》乐曲硬件演奏电路设计 专业：电子信息工程 学号：2010012145 姓名：程营 前言 乐曲演奏广泛应用于自动答录装置，手机铃声，集团电话，及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种，在众多的实验方法中，以纯硬件完成乐曲演奏，随着FPGA集成度的提高，价格下降，EDA设计工具更新换代，功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。 本文分析了乐曲演奏设计中音符，频率，节拍与编码的相互关系，并在EDA开发工具MAX-plus II平台上，采用VHDL语言及原理图的设计方法，实现基于FPGA片上系统动态显示可选择多首乐谱的乐曲演奏器的设计，使乐曲演奏数字电路的设计得到了更好的优化，提高了设计得灵活性。 目录 目录.................................................................................................................1 前言…………………………..........................................................................1 1.题目分析………...........................................................................................1 1.1功能要求……………………………………………………………...1 1.2性能指标………………………………………………………………2 2.设计方案…………………………………………………………………….2 2.1顶层实体描述………………………………………………………….3 2.2模块划分……………………………………………………………….3 2.3模块描述 2.3.1 Speakera模块…………………………………………………….4 2.3.2 ToneTaba模块……………………………………………………5 2.3.3 NoteTabs 模块……………………………………………………6 2.4顶层电路图……………………………………………………………..8 3硬件测试及说明………………………………………………………………8 4.课程总结………………………………………………………………………8 5.参考文献……………………………………………………………………….8 题目分析 1.1功能要求 （1）播放歌曲 （2）简谱码输出显示在数码管显示 （3）通过LED灯显示音阶 1.2性能指标 （1）乐曲硬件演奏电路的基本原理 乐曲都是由一连串的音符组成，每一音符对应着一个确定的频率，按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率，就可以在扬声器上连续地发出各个音符的音调。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两个基本要素，所以，掌握好一首歌曲的节奏，就能完整地演奏出来。 （2）音符频率和乐曲节奏 多个不同频率的信号可通过对某个基准频率进行分频器获得，本设计中选取750KHz的基准频率，由于clk端输入的是较高频率12MHz信号，可以对其进行16分频。计数时钟信号作为输出音符快慢的控制信号，时钟快时输出节拍速度就快，演奏的速度也就快，时钟慢时输出节拍的速度就慢，演奏的速度自然降低。 简谱音符和频率关系如下表所示： 表1 各音阶频率对应的分频值 音名 分频系数 初始值 音名 分频系数 初始值 音名 分频系数 初始值 低音1 1274 773 中音1 637 1410 高音1 319 1728 低音2 1135 912 中音2 587 1480 高音2 277 1770 低音3 1011 1036 中音3 505 1542 高音3 248 1799 低音4 970 1077 中音4 468 1579 高音4 233 1814 低音5 950 1197 中音5 425 1622 高音5 208 1839 低音6 757 1290 中音6 379 1668 高音6 185 1862 低音7 675 1372 中音7 330 1717 高音7 165 1882 设计方案 自顶向下的设计框图 乐曲硬件电路设计 乐曲硬件电路设计 数控分频器 音乐节拍和音调发生器 预置数查表电路 2.1顶层实体描述 当一个4Hz的时钟脉冲来到时，乐谱发生器模块输出一个音符数据给分频系数模块，分频系数模块输出此音符相应的分频系数，将分频系数送给数控分频器模块，当12MHz的时钟脉冲来到时，数控分频器就根据分频系