cpld的音樂播放器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-12 04:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 高音217036488高音315176674高音414326759高音512756816休止符008191在音符的選擇上，選擇了最廣泛應(yīng)用的16個(gè)音。若想編輯音域更廣的音樂，則需要重新設(shè)定初始值。頻率發(fā)生器由可變模值計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)要求產(chǎn)生出的信號頻率較高，因此選用2MHz高頻脈沖作為可變模值計(jì)數(shù)器的技計(jì)數(shù)脈沖。所以，上圖所給出的分頻系數(shù)是用分頻后的2MHz基礎(chǔ)上計(jì)算得出的。 音符與頻率對照表音名頻率/Hz分頻系數(shù)低音55102低音64404545低音74050中音13822中音23405中音33034中音42863中音5783．992551中音68802273中音72025高音11911高音21703高音31517高音41432高音51275休止符081910由于音階頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，故必須將得到的分頻數(shù)四舍五入取整。由于最大的分頻系數(shù)為5102，故采用13位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器已能滿足分頻要求。在表中可以看到不同音階對應(yīng)的不同初始值。對于不同的分頻系數(shù)，只要加載不同的初始值即可。采用加載初始值而不將分頻輸出譯碼反饋，可以有效地減少設(shè)計(jì)占用可編程邏輯器件的資源?！?”表示休止符，在很多音樂中，休止符也是一個(gè)重要的音符。對于休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為0，揚(yáng)聲器就不會發(fā)聲了。 頂層模塊設(shè)計(jì)頂層模塊的設(shè)計(jì)可以采用原理圖設(shè)計(jì)或者VHDL設(shè)計(jì)，我們直接采用VHDL語言進(jìn)行頂層模塊設(shè)計(jì)，將上述所提到的所有模塊，利用ponent語句進(jìn)行集合，然后利用管腳映射的方法，將所有輸入輸出連接在一起，這樣就設(shè)計(jì)出了一個(gè)完整的MIDI音樂播放芯片，只需再連入外圍電路即可進(jìn)行演示。時(shí)鐘電路在本次設(shè)計(jì)中，除了要提供給CPLD的4MHz晶振時(shí)鐘以外，還要產(chǎn)生4Hz時(shí)鐘接入音樂節(jié)奏時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘信號都是利用板載50MHz晶振分頻后提供的。 音樂節(jié)奏時(shí)鐘在上一章節(jié)中提到，我們以1/16音符為最小計(jì)數(shù)單元，所以我們在外部接入4Hz的時(shí)鐘信號給計(jì)數(shù)器，已滿足正常的音樂播放要求。音頻功率放大電路由CPLD芯片輸出的音頻信號很微弱，不能直接去驅(qū)動揚(yáng)聲器，因此需要一個(gè)音頻放大電路對輸出的音頻信號進(jìn)行放大，然后再去驅(qū)動揚(yáng)聲器。我們采用由集成功率放大器LM386組成的音頻功率放大器。其中C2是交流耦合電容，將功率放大器的交流輸出送到負(fù)載上，輸出信號通過Rw接到LM386的同相端。C1是退耦電容，R1C3網(wǎng)絡(luò)起到消除高頻自激振蕩作用。 歌曲選擇本次音樂播放器的設(shè)計(jì)在歌曲的選擇上也至關(guān)重要。由于現(xiàn)在WAVE、MP3格式音樂的廣泛流行，MIDI音樂聽起來會稍顯單調(diào)，有些歌曲在用MIDI放出來的時(shí)候，會有一些失真，而且沒有MP3格式音樂那么流暢，因此在選歌上要慎重，所以盡量選擇多一些歌曲，通過多次的調(diào)試，調(diào)試出最后放出來效果較好的音樂。經(jīng)過了多次調(diào)試，最后確定了《美麗的神話》這首歌，這這首歌旋律明朗，耳熟能詳，便于辨識。而且我很喜歡。芯片制作及系統(tǒng)調(diào)試CPLD程序下載本次設(shè)計(jì)采用的是Aletra公司的MAX II系列，因此，必須用Quartus II軟件系列才能對該芯片進(jìn)行編譯、仿真、下載等功能。下載模式我們采用JTAG線的下載方式。Altera的Quartus II是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)軟件，具有最全面的開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無與倫比的性能表現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)采用VHDL語言編程設(shè)計(jì)。在Quartus軟件中VHDL文本輸入中，輸入所有程序，并建立相應(yīng)的工程項(xiàng)目，直接在該軟件中進(jìn)行編譯及仿真，編譯的同時(shí)，可以顯示出當(dāng)前芯片容量是否夠用，如果不夠用，則需要對程序進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，直到容量達(dá)到芯片標(biāo)準(zhǔn)為止。所有準(zhǔn)備就緒后，則通過軟件中的下載功能，通過JTAG端口，將程序下載到芯片中。由于筆記本電腦只有通過USB BLASTER下載，而經(jīng)過測試WIN7無法識別USB BLASTER。所以只有通過XP虛擬機(jī)來完成這一步，但是可以在WIN7下進(jìn)行仿真。系統(tǒng)仿真把程序下載到芯片內(nèi)部后，將第四章所介紹的外圍電路與CPLD連接后，形成整個(gè)系統(tǒng)。而仿真調(diào)試則主要針對音符預(yù)置數(shù)模塊，揚(yáng)聲器發(fā)生及分頻模塊和音符儲存模塊進(jìn)行調(diào)試。由于我們這個(gè)程序的頻率較大為4MHz和4Hz。經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)由于周期太大仿真的顯示結(jié)果效果不好。4Hz情況下甚至無法正常仿真。所以我們選擇用一些較大的頻率將我們實(shí)際的頻率進(jìn)行等比例的放大。這樣可以方便我們的計(jì)算與觀察。音符儲存模塊仿真音符預(yù)置數(shù)模塊仿真分頻器模塊仿真XP虛擬機(jī)下程序下載成功圖頂層模塊RTL圖結(jié)論通過對芯片內(nèi)部的編程設(shè)計(jì)，加上必要的外圍電路，構(gòu)成了這個(gè)MIDI音樂播放器的系統(tǒng)，整體工作量適中。在前人已有的音樂播放器的基礎(chǔ)上，添加四首歌曲選擇播放，彩燈閃爍，不同音樂的調(diào)試，設(shè)計(jì)更人性化，合理化，同時(shí)也多了幾分創(chuàng)新。在此次設(shè)計(jì)中，所有設(shè)計(jì)要求全部實(shí)現(xiàn)，然而在音樂的播放質(zhì)量上仍有一些瑕疵，可能是由于揚(yáng)聲器的質(zhì)量問題或者芯片內(nèi)部產(chǎn)生信號不穩(wěn)定等關(guān)系，這都有待更多的時(shí)間對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更多的測試，從而使播放出來的音樂更加悅耳。通過此次設(shè)計(jì)，對可編程邏輯器件CPLD/FPGA有了更深一步的了解，真正的達(dá)到了將課本中學(xué)習(xí)到的知識應(yīng)用于實(shí)踐，更深化了對這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知度。在設(shè)計(jì)的過程中，還掌握了許多有關(guān)電子領(lǐng)域必要軟件的使用，對今后的工作都有一定得幫助。參考文獻(xiàn)[1] 袁慧梅，.[2] 張麗萍，樓勇，. .[3] 李洋. 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新[M].北京：中國電力出版社，2007.[4] 袁慧梅，[J].東北師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.[5] 金紅莉，周國娟. EDA技術(shù)及其應(yīng)用[J].VHDL源代碼頂層設(shè)計(jì)模塊LIBRARY IEEE。USE 。ENTITY Songer ISPORT(CLK4MHZ:IN STD_LOGIC。 SPKOUT: OUT STD_LOGIC)。END。ARCHITECTURE one OF Songer ISCOMPONENT NoteTabsPORT(clk: IN STD_LOGIC。 ToneIndex: OUT INTEGER RANGE 0 TO 15)。END COMPONENT。COMPONENT ToneTabaPORT(index: IN INTEGER RANGE 0 TO 15。 Tone: OUT INTEGER RANGE 0 TO 161FFF)。END C
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