【正文】 休止符的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng) index 是 “0101”時(shí)， tone 輸出為 1197 即低音 5 的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng) index 是 “1111”時(shí)， tone 輸出為 1728 即高音 1 的分頻預(yù)置數(shù)等 等其它狀態(tài)時(shí)，tone 分別輸出相應(yīng)音符的分頻預(yù)置數(shù)。 773。 基于 FPGA 音樂硬件演奏電路設(shè)計(jì) 10 WHEN 0110 = Tone=10100001010 。 CODE=0010。 HIGH =39。 h 0 0 1 C o u n t 1 1 ~[ 1 0 . . 0 ]L e s s T h a n 04 39。 ENTITY Speakera IS PORT ( clk : IN STD_LOGIC。 END PROCESS。EVENT AND FullSpkS = 39。 Data_radix = dec。 q : OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0))。 仿真結(jié)果如下圖： 圖 音樂節(jié)拍和音調(diào)模塊 NoteTabs 波形仿真 ToneTaba 分頻預(yù)置數(shù)查表模塊的仿真 (1) 波形仿真 將所編寫的分頻預(yù)置數(shù)查表模塊 ToneTaba的程序設(shè)為工程，選用 Altera公司的 Cyclone系列中的 EPIC12Q240C8 為目標(biāo)芯片進(jìn)行仿真。 在前面的 VHDL 設(shè)計(jì)中，我們只能通過程序輸出 “梁祝 ”曲子中的 13 個(gè)音符的分頻預(yù)置數(shù)（即計(jì)數(shù)初值），但是在其它的樂曲中可能會用到另外的那些音符，因此對程序進(jìn)行修改完善它的功能，使其能輸出另外那些音符的分頻預(yù)置數(shù)。039。039。139。139。139。139。 signal speaks:std_logic。event and speaks=39。 Data_radix=dec。 15:7。 31:6。 47:7。 63:4。 79:7。 95:7。 111:7。 127:5。 143:6。 159:6。 175:9。 191:2。 206:7。 222:9。 238:9。 254:5。 269:9。 285:6。 300:2。第一拍 316:2。 332:6。 348:6。 364:2。 380:5。 396:6。 412:6。 428:2。 444:6。 460:5。 476:9。 492:2。 507:7。 523:9。 539:7。 535:9。 519:10。 503:9。 488:6。 472:5。 456:7。 440:5。 424:5。 408:7。 392:7。 376:7。 360:4。 344:7。 328:6。 312:7。 297:2。媽媽的吻，甜蜜的吻； 281:6。 265:10。 250:6。 基于 FPGA 音樂硬件演奏電路設(shè)計(jì) 30 234:10。 218:10。 202:9。 187:6。 171:5。 155:6。 139:5。媽已 123:6。小呀小山村 107:5。村 91:5。第一段 75:5。 59:1。 43:10。 27:9。 11:7。 end beha。 speaks=q2(21)。 clkout :out std_logic)。139。139。139。139。039。039。由表中可知高音 1 的分頻系數(shù)為 319，即對輸入時(shí)鐘 Clk 進(jìn)行 319 次分頻就可得高音 1 的發(fā)聲頻率，因此這個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)了模塊的功能。 BEGIN q = sub_wire0(3 DOWNTO 0)。 定制好的 ROM 文件 VHDL 程序如下： LIBRARY ieee。 END。 END IF。EVENT AND clk = 39。例如在分頻預(yù)置數(shù)模塊中若取 tone[10..0]=1036，將發(fā)出音符為 “3”音的信號頻率。 音樂符數(shù)控 11 分頻電路模塊 音樂譜對應(yīng)分頻預(yù)置數(shù)查表電路模塊 (1) 音樂符數(shù)控 11 分頻電路模塊 S pe ak erain s tc lkT on e[ 10 ..0]S pk S 圖 音樂符數(shù)控 11 分頻電路模塊 (2) 音樂符數(shù)控 11 分頻電路模塊 RTL 電路圖 DE N AQP R EC L RA [ 3 . . 0 ]B [ 3 . . 0 ]O U T [ 3 . . 0 ]A D D E RA [ 1 0 . . 0 ]B [ 1 0 . . 0 ]O U T [ 1 0 . . 0 ]A D D E RA [ 1 1 . . 0 ]B [ 1 1 . . 0 ]O U TE Q U A LDE N AQP R EC L RA [ 3 . . 0 ]B [ 3 . . 0 ]O U TL E S S _ T H A NDE N AQP R EC L RD QP R EE N AC L RD QP R EE N AC L RSELD A T A AD A T A BO U T 0M U X 2 1\ D e l a y Sp kS : C o u n t 2 Sp kS ~re g 0cl kSp kST o n e [ 1 0 . . 0 ]F u l l Sp kS\ G e n Sp kS : C o u n t 1 1 [ 1 0 . . 0 ]Eq u a l 01 39。139。 HIGH =39。 CODE=0101。 2047 WHEN 0001 = Tone=01100000101 。它提供了每個(gè)音符所對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，即給數(shù)控分頻模塊提供計(jì)數(shù)初值，這里以 “梁祝 ”樂曲為例，列出了在這個(gè)樂曲中所用到的 13 個(gè)音符的分頻預(yù)置數(shù)。139。 END。 SIGNAL ToneIndex : STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0)。聲音輸出 END。 基于 FPGA 音樂硬件演奏電路設(shè)計(jì) 3 表 1 各個(gè)音符的頻率及其對應(yīng)的分頻系數(shù)（基準(zhǔn)頻率 375KHz） 音符名 頻 率 (Hz) 分頻系數(shù) 計(jì)數(shù)初值 音符名 頻率 (Hz) 分頻系數(shù) 計(jì)數(shù)初值 休止符 375000 0 2047 中音 4 468 1579 低音 1 1274 773 中音 5 425 1622 低音 2 1135 912 中音 6 379 1668 低音 3 1011 1036 中音 7 330 1717 低音 4 970 1077 高音 1 319 1728 低音 5 950 1197 高音 2 277 1770 低音 6 757 1290 高音 3 248 1799 低音 7 675 1372 高音 4 233 1814 中音 1 637 1410 高音 5 208 1839 中音 2 587 1480 高音 6 185 1862 中音 3 505 1542 高音 7 165 1882 （ 3） 樂曲節(jié)奏的控制 本 設(shè)計(jì) 中的梁祝 和月亮代表我的心的 樂曲，最小的節(jié)拍為 1/4 拍，若將 1 拍的時(shí)間定為 1 秒，則只需要提供一個(gè) 4Hz 的時(shí)鐘頻率即可產(chǎn)生 1/4 拍的時(shí)長（ 秒），對于其它占用時(shí)間較長的節(jié)拍（必為 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。 （ 5） 音量大小可調(diào)功能 ： 運(yùn) 用 EDA 實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)字功率放大器 LM386N， 對 數(shù)控分頻器 輸出的 音頻 信號予以處理，輸出大小連續(xù)可調(diào)的 音頻信號到揚(yáng)聲器。 21 參考文獻(xiàn) 16 ToneTaba 分頻預(yù)置數(shù)查表模塊的仿真 I 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述 13 4 VHDL 音樂硬件演奏電路系統(tǒng)仿真與調(diào)試 （ 2） 循環(huán)播放樂曲功能 ： 當(dāng)演奏完后一首樂曲時(shí)， 將自動返回到第 一首歌曲開始播放，反復(fù)不止，直到關(guān)閉電源電路停止工作為止。為提高輸出信號的驅(qū)動能力，以使揚(yáng)聲器有足夠的功率發(fā)音，需要再通過一個(gè)分頻器將原來的分頻器的輸出脈沖均衡為對稱方波（占空比 =1/2），但這時(shí)的頻率將是原來的 1/2。復(fù)位鍵 CODE1 : OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0)。 SpkS : OUT STD_LOGIC )。音樂節(jié)拍時(shí)鐘 4HZ SEL : IN STD_LOGIC。 end if。那么相應(yīng)隨著程序 [4]中的計(jì)數(shù)器按 4Hz 的時(shí)鐘頻率作加法計(jì)數(shù)時(shí)，即隨地址遞增時(shí)，將從音符數(shù)據(jù) ROM 中將連續(xù)取出 4 個(gè)音符 “3”通過 toneindex[3..0]端口輸向分頻預(yù)置數(shù)模塊。 CODE=0000。039。1372。 WHEN 1100 = Tone=11001010110 。 END CASE。此時(shí)從數(shù)控分頻器中出來的輸出信號是脈寬極窄的脈沖式信號，為了有利于驅(qū)動揚(yáng)聲器，需另加一個(gè) D 觸發(fā)器以均衡其占空比，這時(shí)的頻率就變?yōu)樵瓉淼?1/2，剛好就是相應(yīng)音符的頻率。139。 FullSpkS = 39。 END IF。 (2) 單擊 “next”鍵，選擇 ROM 數(shù)據(jù)位寬度為 4，地址線寬為 256，即設(shè)置此 ROM 能存儲 4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)共 256 個(gè)。 inclock : IN STD_LOGIC 。 spkout 的輸出頻率將決定每一個(gè)音符的音調(diào)，這樣，分頻計(jì)數(shù)器的預(yù)置 tone[10..0]與 Fout 的輸出頻率就有了對應(yīng)關(guān)系。 Architecture one of toaba is Begin Search : process(index) Begin Case index is When 00000=tone=11111111111。1036,低音 3 When 00100=tone=10000110101。1372,低音 7 When 01000=tone=10110000010。1576,中音 4 When 01100=tone=11001010110。1728,高音 1 When 10000=tone=11011101010。1839,高音 5 When 10100=tone=11101000110。 use 。 else q2=q2+1。 end if。 08:9。 24:5。 40:3。 56:3。 72:2。 88:2。 104:6。 120:3。 136:2。 152:6。 168:2。吻， 184:3。多少吻。 215:7。 231:6。 247:3。 263:2。 278:3。 294:2。 309:7。 325:9。 341:10。 357:2。第一段開始 373:5。 389:5。 405:5。 421:6。 437:2。 453:6。 469:2。媽媽曾給我多少吻， 485:3。多少吻。 基于 FPGA 音樂硬件演奏電路設(shè)計(jì) 37 516:7。 532:6。 542:7。 526:6。 510:10。 495:2。 479:7。 463:2。 447:5。 431:2。 415:5。 399:6。 383:3。 367:2。 351:4。 335:2。 319:3。 303:5。 288:3。 272:7。 257:2。 241:6。 225:6。 209:10。 基于 FPGA 音樂硬件演奏電路設(shè)計(jì) 29 194:2。 178:7。 162:2。 146:5。 130:3。 114:6。 98:5。 82:6。 66:3。 50:6。 34:6。 18:3。 02:2。 if count2=39。 begin if (clk039。 End process。high=39