【正文】 COMPONENT Speakera揚(yáng)聲器發(fā)生及分頻模塊 PORT(clk: IN STD_LOGIC。 dig:out integer range 0 to 4)。 END COMPONENT。 COMPONENT ToneTaba音符預(yù)置數(shù)模塊 PORT(index: IN INTEGER RANGE 0 TO 15。 ToneIndex: OUT INTEGER RANGE 0 TO 15)。 ARCHITECTURE one OF yybfq IS COMPONENT NoteTabs列化語(yǔ)句 音符儲(chǔ)存模塊 PORT(clk: IN STD_LOGIC。音樂(lè)輸出 lights:out std_logic_vector(8 downto 0))。4HZ switch:in std_logic_vector(3 downto 0)。 ENTITY yybfq IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC。畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn) 14 參考文獻(xiàn) [1] 張麗萍，樓勇，朱堯富 .利用 VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)數(shù)字電路 [J]. 機(jī)械與電氣 .. [2] 李洋 . 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 [M].北京：中國(guó)電力出版社， 2021. [3] famousky． EDA技術(shù)的概念及范疇 [EB/OL]． 20211226. [4] 吳冰 , 李森森 . EDA技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 [J],今日電子 .. [5] 趙紅梅 , 王召東 .可編程邏輯器件 FPGA與 CPLD的發(fā)展與應(yīng)用一例 [J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào) .. [6] 童世華，付蔚 .談 ASIC、 FPGA/CPLD 的區(qū)別與發(fā)展 [J].重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) .. [7] 趙鑫，蔣亮，齊兆群，李曉凱． VHDL與數(shù)字電路設(shè)計(jì) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， . 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[10] EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)及實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)，龔蘭芳編 [11]EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，龔蘭芳編 畢業(yè)論文 附錄 A 總電路圖 15 附錄 A 總電路圖 畢業(yè)論文 附錄 B PCB 圖 16 附錄 B PCB 圖 附錄 C VHDL 源代碼 頂層設(shè)計(jì)模塊 LIBRARY IEEE。 這一次的設(shè)計(jì)對(duì)于我的畢業(yè)是必不可少的，有了這個(gè)設(shè)計(jì)與沒(méi)有這個(gè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)時(shí)完全不一樣的，這個(gè)設(shè)計(jì)樣我了解到了，有時(shí)候我們認(rèn)為很難甚至 是不可能的事情，只要你動(dòng)手去做，可能就是一件好簡(jiǎn)單或是一件可能完成的事情。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，對(duì)可編程邏輯器件 CPLD 有了更深一步的了解， 對(duì)我們前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)（數(shù)字電路設(shè)計(jì)、硬件描述語(yǔ)言 VHDL及 CPLD、單片機(jī)、電子技術(shù)、接口技術(shù)、 Protel DXP 軟件等）回顧與更加精通了。由 添加 一 首歌曲 到四首歌曲 選擇播放，彩燈閃爍，不同音樂(lè)的調(diào)試，設(shè)計(jì)更人性化，合理化。 畢業(yè)論文 結(jié)論 13 結(jié)論 在這次的設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)的部分是編程設(shè)計(jì)部分， 通過(guò)對(duì)芯片編程設(shè)計(jì)，加上 對(duì)必要的外圍電路 的一定了解 ， 完成 了這個(gè) MIDI 音樂(lè)播放器的系統(tǒng)，整體工作量適中。經(jīng)過(guò)比較，最終將 R1的組織定在 KΩ，音樂(lè)節(jié) 奏時(shí)鐘的頻率 約 為 5Hz。而調(diào)試則主要針對(duì)音樂(lè)節(jié)奏時(shí)鐘、音頻功率放大電路進(jìn)行調(diào)試。高低電平控制著 九 個(gè)發(fā)光二極管的亮滅。 圖 5 音頻功率放大電路圖 音樂(lè)彩燈閃爍 控制電路 如圖 6所示。其中 C7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(hào)通過(guò) Rw接到 LM386的同相端。 圖 4 音樂(lè)節(jié)奏時(shí)鐘產(chǎn)生電路 圖 畢業(yè)論文 第 4 章 外圍電路設(shè)計(jì) 11 音頻功率放大電路 由于 CPLD內(nèi)部輸出的信號(hào)比較弱，因此必須在揚(yáng)聲器前 接 一個(gè)音頻功率放大電路才能實(shí)現(xiàn)我們的要求 ， 而且在該電路接入 滑動(dòng)變阻器，這樣可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變放大器的放大倍數(shù)，從而調(diào)試出放大出來(lái)音 量 。我們要求輸出的頻率為 4Hz， C3=47uf，所以 R4+R5應(yīng)為 。由 3腳輸出的脈沖頻率的計(jì)算公式如公式 (1)所示。 之所以采用外部接入的時(shí)鐘，而不用晶振直接分頻有兩個(gè)原因：一、晶振為 50MHz，而我們只需要 4Hz的信號(hào)，這樣分頻 會(huì)占用太大 內(nèi)部資源；二、 而由分頻出來(lái)的 4HZ要對(duì)音樂(lè)的速度進(jìn)行調(diào)整過(guò)于困難，而通過(guò)外部接入則很簡(jiǎn)單 。 時(shí)鐘信號(hào)都是利用 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路所提供的。所以經(jīng)過(guò)老師的建議與多次的選擇， 最后確定了《 龍的傳人 》、《濤聲依舊》、《隱形的翅膀》、《我愿意》四首歌，這四首歌旋律明朗，都是耳熟能詳?shù)牧餍懈枨?，便于辨識(shí)。 四首 歌曲選擇 這次設(shè)計(jì)的 MIDI音樂(lè)播放器所選擇的歌曲，是需要一些比較簡(jiǎn)單且歌曲為 1/4 拍的歌曲，音符符合芯片中所儲(chǔ)存的 16 個(gè)音符的歌曲。 when 14=ToneIndex=9。 when 12=ToneIndex=10。 when 10=ToneIndex=9。 when 08=ToneIndex=9。 when 06=ToneIndex=8。 when 04=ToneIndex=7。 when 02=ToneIndex=6。 而 我們通過(guò)對(duì)音符頻率的編碼進(jìn)行樂(lè)譜的彈奏與： 表 不同音符對(duì)應(yīng)編碼表 音名 休止符 中音 1 中音 2 中音 3 中音 4 中音 5 中音 6 高音 7 編碼 0 1 2 3 4 5 6 7 音名 高音 1 高音 2 高音 3 高音 4 高音 5 低音 5 低音 6 低音 7 編碼 8 9 10 11 12 13 14 15 如歌曲中的龍的傳人第一節(jié)： when 00=ToneIndex=6。這樣的話(huà)，比如說(shuō)《濤聲依舊》為 4/4拍的音樂(lè)，即一個(gè)小節(jié)有 4拍，而高潮部分共有 8個(gè)小節(jié)，所以在計(jì)數(shù)器的范圍 上我們?cè)O(shè)定為 0~127，即 128位的計(jì)數(shù)器即可。 在大部分音樂(lè)中，多以 1/4為一拍，一拍則為一秒，同時(shí)在樂(lè)譜中， 而 最短的音符多為 1/16音符，因此為了達(dá)到四首歌曲的統(tǒng)一，我們將 1/16音符設(shè)置為計(jì)數(shù)器的一個(gè)計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)的 1/4音符則是四個(gè)計(jì)數(shù)。 帶有兩個(gè)附點(diǎn)的單純音符稱(chēng)為復(fù)附點(diǎn)音符，第二個(gè)附點(diǎn)表示增長(zhǎng)第一個(gè)附點(diǎn)時(shí)值的一半，即音符時(shí)值的四分之 。例如： 附點(diǎn)四分音符： 附點(diǎn)八分音符： 附點(diǎn)十六分音符： 在簡(jiǎn)譜中，大于四分音符的單純音符通常不加記附點(diǎn)，而用增時(shí)線(xiàn)來(lái)表示。 附點(diǎn)本身并無(wú)一定的長(zhǎng)短，其長(zhǎng)短由前面的單純音符來(lái)決定。例如在簡(jiǎn)譜中，加記在單純音符的右側(cè)的．使音符時(shí)值增長(zhǎng)的小圓點(diǎn) 附點(diǎn)本身并無(wú)一定的長(zhǎng)短，其長(zhǎng)短由前面的單純音符來(lái)決定。 ，稱(chēng)為附點(diǎn)。 ，表示該音降低一個(gè)八度，稱(chēng)為低音；加記兩個(gè) ： ，則表示該音降低兩個(gè)八度，稱(chēng)為倍低音。 ，表示該音升 高一個(gè)八度，稱(chēng)為高音；加記兩個(gè) ： ，則表示該音升高兩個(gè)八度，稱(chēng)為倍高音。 畢業(yè)論文 第 3 章 音樂(lè)播放器設(shè)計(jì) 8 顯然，單用以上七個(gè)音是無(wú)法表現(xiàn)眾多的音樂(lè)形象的。通過(guò)一定的節(jié)奏、節(jié)拍組織起一些相同或不同高低、長(zhǎng)短的音符，即構(gòu)成了一首具有一定音樂(lè)形象的曲調(diào)的基本部分。 end case。 when 1000=dig=4。 when 0010=dig=2。直接 case 語(yǔ)句直接對(duì)一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)組進(jìn)行選擇，如 1000 為第一首歌曲， 0100 為第二首歌曲， 0010 為第三首歌曲， 0001為第四首歌曲 ，其他則不進(jìn)行播放 。如表 ，為不同的音符對(duì)應(yīng)的 燈 點(diǎn) 亮情況。對(duì)于休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為 0，揚(yáng)聲器就不會(huì)發(fā)聲了。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。 在表中可以看到不同音階對(duì)應(yīng)的不同初始值。 end process。 end if。 畢業(yè)論文 第 3 章 音樂(lè)播放器設(shè)計(jì) 6 FullSpkS=39。139。 then if Count11=161FFF then count11:=Tone。event and PreCLK=39。 程序如： process(PreCLK, Tone)置數(shù)分頻 variable Count11: integer range 0 to 161FFF。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。由于系統(tǒng)要求產(chǎn)生出的信號(hào)頻率較高，因此選用 4MHz 高頻脈沖作為可變模值計(jì)數(shù)器的技計(jì)數(shù)脈沖。 而 在音符的選擇 上， 我們 選擇了最廣泛應(yīng)用的 16 個(gè)音。 圖 3 芯片原理 模塊設(shè)計(jì) 音符預(yù)置數(shù)與發(fā)生及分頻 模塊設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中 音符產(chǎn)生 是通過(guò)音符預(yù)置數(shù)模塊以 查找表 的 形式 把預(yù)先設(shè)定好的數(shù)置給發(fā)生及分頻模塊 的 可變模值計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn) 分頻，得到相應(yīng)的頻率后輸出給音頻放大器，在通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出 。畢業(yè)論文 第 3 章 音樂(lè)播放器設(shè)計(jì) 4 第 3 章 音樂(lè)播放器設(shè)計(jì) 工作原理 MIDI 音樂(lè)的基本原理為：組成樂(lè)曲的每一個(gè)音符的頻率值及其持續(xù)的時(shí)間是樂(lè)曲能連續(xù)演奏的兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，因此只要控制輸出到揚(yáng)聲器的激勵(lì)信號(hào)頻率的高 低和每一個(gè)頻率信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，就可以使揚(yáng)聲器發(fā)生連續(xù)的樂(lè)曲。 揚(yáng)聲器 因?yàn)槲覀儨?zhǔn)備了 2 個(gè)從耳機(jī)與影響上拆下來(lái)的揚(yáng)聲器，到最后那個(gè)音質(zhì)好則選用哪個(gè) 。 外圍電路設(shè)計(jì) 思路 這次設(shè)計(jì)中用到了 4HZ 的頻率，如果直接用自帶的 50MHZ 來(lái)分頻的話(huà)會(huì)給芯片的內(nèi)部資源占用太多， 而且 在程序中對(duì)時(shí)鐘調(diào)試 不方便 ，所以 我們 在外部單獨(dú)接入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，提供給音樂(lè)時(shí)鐘。老師所提供的 CPLD型芯片，其內(nèi)部邏輯單元數(shù)為 240個(gè)，只要對(duì)程序進(jìn)行一定的優(yōu)化處理，即可以滿(mǎn)足所有的設(shè)計(jì)要求。 核心部 分 CPLD我們 利用 VHDL語(yǔ)言來(lái)完成，其他部分通過(guò)外圍電路實(shí)現(xiàn)。音調(diào)發(fā)生器 就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的音符頻率給音頻放大器，經(jīng)過(guò)放大由揚(yáng)聲器放出，產(chǎn)生音樂(lè) 。 我們通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇歌曲，音樂(lè)編碼器 里已經(jīng)存儲(chǔ)了 4首歌曲，我們通過(guò)選擇不同 的開(kāi)關(guān)來(lái)播放不同的歌曲。 畢業(yè)論文 第 2 章 總體設(shè)計(jì)概述 2 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 8 M a y 2021 S he e t of F i l e : D : \ di a nl ut u\ M y D e s i D r a w n B y :I / O1I / O2I / O3I / O4I / O5I / O6I / O7I / O8V C C I O9G N D I O10G N D I N T11I O C L K12V C C I N T13I O C L K14I / O15I / O16I / O17I / O18I / O19I / O20I / O21T M S22T D I23T C K24T D O25I/O26I/O27I/O28I/O29I/O30VCCIO31GNDIO32I/O33I/O34I/O35I/O36I/O37I/O38I/O39I/O40I/O41I/O42DEV_OE43DEV_CLRn44VCCIO45GNDIO46I/O47I/O48I/O49I/O50I / O51I / O52I / O53I / O54I / O55I / O56I / O57I / O58V C C I O59G N D I O60I / O61I O C L K62V C C I N T63I O C L K64G N D I N T65I / O66I / O67I / O68I / O69I / O70I / O71I / O72I / O73I / O74I / O75I/