【導(dǎo)讀】頂層模塊設(shè)計(jì)流程圖-------------------------------------------4. 頂層電路VHDL程序設(shè)計(jì)------------------------------------------5. 音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生器模塊--------------------------------------6. 音樂譜對應(yīng)分頻預(yù)制數(shù)查表---------------------------------------8. 音樂符數(shù)控11分頻電路模塊-------------------------------------10. 樂曲演奏音符數(shù)據(jù)文件-------------------------------------------12. ToneTaba分頻預(yù)置數(shù)查表模塊的仿真----------------------------16. 改革和電工電子工科教學(xué)基地建設(shè)兩項(xiàng)教學(xué)改革研究成果。要求高等專科學(xué)校學(xué)生。能夠自己動(dòng)手完成簡單數(shù)字器件的設(shè)計(jì)。這不但反應(yīng)了我國當(dāng)前在電子電路的實(shí)驗(yàn)。路，利用數(shù)控分頻的原理設(shè)計(jì)音樂硬件演奏電路，并定制LPM-ROM存儲(chǔ)音樂數(shù)據(jù)，達(dá)到了以純硬件的手段來實(shí)現(xiàn)樂曲的演奏效果。標(biāo)芯片型號為Altera公司的Cyclone系列中的EPFl0K10LC84。芯片配置成功后即。樂曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂。若基準(zhǔn)頻率過低，則分頻系數(shù)過小，四舍五入取整后的誤差較大。準(zhǔn)頻率過高，雖然可以減少頻率的相對誤差，但分頻結(jié)構(gòu)將變大。考慮這兩個(gè)方面的因素，在盡量減少誤差的前提下，選取合適的基準(zhǔn)頻率。對其進(jìn)行16分頻，才能獲得750KHz的基準(zhǔn)頻率。為提高輸出信號的驅(qū)動(dòng)能力，均衡為對稱方波，但這時(shí)的頻率將是原來的1/2。

　　

【正文】 DL 硬件語言》課程設(shè)計(jì)論文 的 Cyclone 系列 中的 EPIC12Q240C8 為目標(biāo)芯片進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)果如下圖： (2) 模塊功能分析與調(diào)試 ToneTaba 分頻預(yù)置數(shù) 模塊的功能是輸出各個(gè)音符所對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，由上面的仿真波形圖可看到 若 當(dāng) index 是“ 0000”， tone 輸出為 2047，即休止符的分頻預(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) ， 仿真波形圖證明了程序?qū)崿F(xiàn)了模塊的功能。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校課程設(shè)計(jì)論文 《 VHDL 硬件語言》課程設(shè)計(jì)論文 Speakera 音樂符數(shù)控分頻模塊的仿真 (1) 波形仿真 將所編寫的 音樂符數(shù)控分頻模塊 Speakera 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。 仿真結(jié)果如下圖： (2) 模塊功能分析與調(diào)試 Speakera 音樂符數(shù)控分頻 此模塊的功能是根據(jù)初始值 Tone的值，對輸入時(shí)鐘信號 Clk 的頻率進(jìn)行分頻，得到想要的音符的發(fā)聲頻率 其時(shí)鐘（ Clk）端輸入的是在十六進(jìn)制模塊里對 12MHz 的信號進(jìn)行 16分頻得到的 750KHz， 750KHz 的信號根據(jù)分河南機(jī)電高等專科學(xué)校課程設(shè)計(jì)論文 《 VHDL 硬件語言》課程設(shè)計(jì)論文 頻預(yù)置數(shù)模塊中所提供的計(jì)數(shù)初值，分別得出相應(yīng)音符頻率的兩倍值。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(dòng)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。 在 clk端輸入一具有較高頻率的信號（這里是 12MHz）的信號，通過分頻后由 cout 輸出。這里是對 12MHz 的信號進(jìn)行 16分頻得到 750KHz 的信號。 750KHz的時(shí)鐘脈沖信號是給數(shù)控分頻模塊提供時(shí)鐘信號。 數(shù)控分頻模塊中對 Clk輸入信號的分頻比由 11 位預(yù)置數(shù) tone[10..0]決定。 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。 若 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。 在這個(gè)仿真波形圖中， Tone 的值可設(shè)為 6c0（即高音 1 的分頻預(yù)置數(shù) 1728），Clk的頻率為 750KHz， spkout輸出的脈沖信號的周期為 （即 ），接近高音 1的發(fā)聲頻率。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。 擴(kuò)大 此 音樂硬件演奏電路的通用性 前面所設(shè)計(jì)的電路只能演奏“梁?！鼻?，但是在實(shí)際應(yīng)用中 ,若能將電路實(shí)用于各種曲子的演奏，它的實(shí)用性和應(yīng)用范圍就會(huì)擴(kuò)大許多。這里主要通過修改分頻預(yù)置數(shù)模塊的程序，使其實(shí)用于各種曲子的演奏。另外要使更改樂曲方便，主要通過重新設(shè)置音符數(shù)據(jù)文件，再 對其進(jìn)行 LPMROM定制。 在前面的 VHDL 設(shè)計(jì)中，我們只能通過程序輸出“梁?！鼻又械?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(huì)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)。 把修改的程序代替原來此模塊的程序連入頂層文件后，要使所設(shè)計(jì)的音樂硬件演奏電路可隨意更改曲子，只要修改音符數(shù)據(jù)文件，在那些連續(xù)的地址上存儲(chǔ)曲子中相應(yīng)的音符，再對音符數(shù)據(jù)文件進(jìn)行 ROM定制，最后連接到整個(gè)電路中即可實(shí)現(xiàn)。 程序修改如下： Library ieee。 Use 。 Entity toaba is Port( index : in std_logic_vector(4 downto 0)。5 位 預(yù)制數(shù)查表 碼 code : out std_logic_vector(4 downto 0)。 high : out std_logic。 tone : out std_logic_vector(10 downto 0))。音樂符對應(yīng)分頻 11 位 End。 Architecture one of toaba is Begin 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計(jì)論文 《 VHDL 硬件語言》課程設(shè)計(jì)論文 Search : process(index) Begin Case index is When 00000=tone=11111111111。code=00000。high=39。039。2047,休止符 When 00001=tone=01100000101。code=00001。high=39。039。773,低音 1 When 00010=tone=01110010000。code=00010。high=39。039。912,低音 2 When 00011=tone=10000001100。code=00011。high=39。039。1036,低音 3 When 00100=tone=10000110101。code=00100。high=39。039。1077,低音 4 When 00101=tone=10010101101。code=00101。high=39。039。1197,低音 5 When 00110=tone=10100001010。code=00110。high=39。039。1290,低音 6 When 00111=tone=10101011100。code=00111。high=39。039。1372,低音 7 When 01000=tone=10110000010。code=01000。high=39。139。1410,中音 1 When 01001=tone=10111001000。code=01001。high=39。139。1480,中音 2 When 01010=tone=11000000110。code=01010。high=39。139。1542,中音 3 When 01011=tone=11000101000。code=01011。high=39。139。1576,中音 4 When 01100=tone=11001010110。code=01100。high=39。139。1622,中音 5 When 01101=tone=11010000100。code=01101。high=39。139。1668,中音 6 When 01110=tone=11010110101。code=01110。high=39。139。1717,中音 7 When 01111=tone=11011000000。code=10001。high=39。139。1728,高音 1 When 10000=tone=11011101010。code=10010。high=39。139。1770,高音 2 When 10001=tone=11100000111。code=10011。high=39。139。1799,高音 3 When 10010=tone=11100010110。code=10100。high=39。139。1814,高音 4 When 10011=tone=11100101111。code=10101。high=39。139。1839,高音 5 When 10100=tone=11101000110。code=10110。high=39。139。1862,高音 6 When 10101=tone=11101011010。code=10111。high=39。139。1882,高音 7 When others = null。 End case。 End process。 End。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計(jì)論文 《 VHDL 硬件語言》課程設(shè)計(jì)論文 5. 心得體會(huì) 課程設(shè)計(jì)是針對某一理論課程的要求，對學(xué)生進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以 提高 學(xué)生運(yùn)用課程中所學(xué)的理論知識與 實(shí)踐 緊密結(jié)合，獨(dú)立地解決實(shí)際問題的能力 。 在這次課程設(shè)計(jì)過程中使我從中學(xué)到許多以前在 課本和課堂上所無法學(xué)到的，特別是在課程設(shè)計(jì)過程中查找資料的過程中從中學(xué)到許多以前在課本和課堂上所無法學(xué)到的并從中體會(huì)到許多的樂趣，從而豐富了自己，使自己無論是上課時(shí)還是在課余都感到很充實(shí)。 在本 次課程設(shè)計(jì)的 過程中， 曾 得到 過 老師 與幾位同學(xué) 的 悉心 指導(dǎo)與幫助，才使得 我們的設(shè)計(jì)非常圓滿的完成，在此 對他們 表示 我們最衷心的 感謝 ，謝謝你們！ 因?qū)W習(xí)知識的能力和時(shí)間有限，并且 此次 EDA 課程設(shè)計(jì)對于我們來說還只是初體驗(yàn)， 因此 在本 次 的 課程設(shè)計(jì)過程 中，難免 存在 錯(cuò)誤，懇請 老師給以 批評指正 ，并再次感謝曾幫助過我們的老師和幾位同學(xué)。 6. 參考文獻(xiàn) 1 潘松 編著 ． EDA 技術(shù)實(shí)用教程 ． 北京：科學(xué)教育 出版社 . 2020 2 Quartus Semiconductor data books． Quartus Semiconductor Corporation . 2020 3 杭州康芯電子有限公司 GW48PK3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 說明書 . 杭州康芯電子有限公司 .2020