【正文】 _WIRE_0 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 k_code : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0))。COMPONENT key_encoder PORT(x : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 tone : OUT STD_LOGIC_VECTOR(10 DOWNTO 0))。END COMPONENT。 toneindex : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。COMPONENT mux21c PORT(key : IN STD_LOGIC。 toneindex : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0))。END spiel。 y1 : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 clK12mhz : IN STD_LOGIC。ENTITY spiel IS PORT (clk8hz : IN STD_LOGIC。USE 。[10] 趙明富 主編.《EDA技術(shù)與實(shí)踐》[M].北京：清華大學(xué)出版社，200511。[7] 趙明富，劉文進(jìn) 主編.《EDA技術(shù)基礎(chǔ)》[M].北京：北京大學(xué)出版社，[8] 柳春鋒 主編.《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）教程》[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，20058。[4] 劉欲曉 ，方強(qiáng) ，黃宛寧 等編著.《EDA技術(shù)與VHDL電路開發(fā)應(yīng)用實(shí)踐》.[M].北京：電子工業(yè)出版社，20094。[2] 曹昕燕 ，周鳳臣， 聶春燕 編著.《EDA技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》.[M].北京：清華大學(xué)出版社 ，20065。參考文獻(xiàn)[1] 張永格，何乃味 編著。本次設(shè)計(jì)可以說基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但尚有需要改進(jìn)的地方。對(duì)于本設(shè)計(jì)中的樂曲自動(dòng)演奏部分，采用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)音樂演奏系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可行性和可靠性，而且更改樂曲容易，可根據(jù)需要修改ROM中的音符數(shù)據(jù)文件，從而使電路實(shí)現(xiàn)任一曲子的播放。設(shè)計(jì)結(jié)論本文介紹了基于FPGA的音樂演奏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了樂曲自動(dòng)播放和手動(dòng)播放的自由切換。 4位數(shù)據(jù)寬度的二選一多路選擇器Mux21c模塊仿真(1)波形仿真：將所編寫的4位數(shù)據(jù)寬度的二選一多路選擇器Mux21c模塊程序設(shè)為工程，進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖215圖215 4位數(shù)據(jù)寬度的二選一多路選擇器Mux21c模塊仿真（2）模塊功能分析與調(diào)試二選一多路選擇器就是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)音樂播放和按鍵輸入的切換，當(dāng)key為低電平時(shí)，輸出的是k_code，當(dāng)key為高電平時(shí)，輸出的是indextone。圖214 4X4矩陣式鍵盤Key_encoder模塊仿真（2）模塊功能分析與調(diào)試4X4矩陣式鍵盤實(shí)現(xiàn)按下一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)音，k_code中放的是對(duì)應(yīng)音階索引值，例如xy輸入為ED即化為二進(jìn)制為11101101，輸出為0001；輸入為77即化為二進(jìn)制為01110111，輸出為1111。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spkout的輸出頻率就有了對(duì)應(yīng)關(guān)系。1MHz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)是給數(shù)控分頻模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。在clk端輸入一具有較高頻率的信號(hào)（這里是12MHz）的信號(hào)，通過分頻后由cout輸出。圖213 Speakera 音樂符數(shù)控分頻模塊的仿真結(jié)果（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(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)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(duì)12MHz的信號(hào)進(jìn)行12分頻得到的1MHz，1MHz的信號(hào)根據(jù)分頻預(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。圖212 Tone_tab1 分頻預(yù)置數(shù)查表模塊的仿真結(jié)果（2）模塊功能分析與調(diào)試Tone_tab1 分頻預(yù)置數(shù)模塊的功能是輸出各個(gè)音符所對(duì)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0，即休止符的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng)index是“0101”時(shí)， tone輸出為1432即低音4的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng)index是“1111”時(shí)， tone輸出為478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。（1）波形仿真：將所編寫的分頻預(yù)置數(shù)查表模塊Tone_tab1的程序設(shè)為工程。圖211 NoteTabs自動(dòng)樂曲播放模塊的仿真結(jié)果（2）模塊功能分析與調(diào)試音樂節(jié)拍和音調(diào)模塊NoteTabs的功能是控制自動(dòng)音樂播放，音樂的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在定制的ROM中，當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)音樂播放時(shí)，則將ROM中存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)音節(jié)的索引值輸出出來，再通過索引值得到對(duì)應(yīng)音節(jié)的分頻系數(shù)。 VHDL音樂演奏系統(tǒng)仿真與調(diào)試（1）波形仿真：將所編寫的音樂節(jié)拍和音調(diào)模塊NoteTabs的程序設(shè)為工程。圖210 4位數(shù)據(jù)寬度的二選一多路選擇器原理圖在該VHDL描述程序中，當(dāng)不按下key時(shí)，相當(dāng)于低電平0，實(shí)現(xiàn)的是按鍵輸入，將k_code輸出到index中。因?yàn)榇诵盘?hào)的脈沖寬度極?。?個(gè)Preclk周期），所以需要調(diào)整占空比才使外部驅(qū)動(dòng)電路提供足夠的驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的功率。這樣在移植程序時(shí)，可根據(jù)硬件條件調(diào)整此分頻系數(shù)，保證獲得1MHZ時(shí)鐘信號(hào)系數(shù)即可。圖29音樂符數(shù)控分頻模塊原理圖在該VHDL描述程序中，進(jìn)程“dicideclk”將外部時(shí)鐘進(jìn)行預(yù)分頻，即12分頻，因此外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)如果為12MHZ，則經(jīng)過此分頻后得到1MHZ的信號(hào)。 Speakera 音樂符數(shù)控分頻模塊 VHDL模塊設(shè)計(jì)音階產(chǎn)生電路在獲取上面的音階索引值對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)后，通過可控計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻。圖28音樂譜對(duì)應(yīng)分頻預(yù)置數(shù)查表電路原理圖程序的功能是輸出各個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)，當(dāng)index是“0000”，tone輸出為00000000000，即休止符的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng)index是“0010”時(shí)， tone輸出為1703，即低音2的分頻預(yù)置數(shù)；當(dāng)index是“1111”時(shí)， tone輸出為478即高音1的分頻預(yù)置數(shù)。這16個(gè)值的輸出由程序的4位輸入值index[3..0]確定。由于最大分頻系數(shù)是1911，故分頻器采用11位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器能滿足要求，樂曲中的休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為0。(4)打開已定制的ROM文件,將它設(shè)置為工程，并確定目標(biāo)器件，進(jìn)行測試仿真波形,按照定制步驟對(duì)音符數(shù)據(jù)文件進(jìn)行ROM定制。(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(chǔ)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)共256個(gè)。然后對(duì)音符數(shù)據(jù)進(jìn)行ROM定制，最后對(duì)定制好的ROM文件進(jìn)行測試和仿真。提供的是8Hz的時(shí)鐘頻率（即1/4拍的整數(shù)倍），則需將這個(gè)音符存儲(chǔ)在相應(yīng)次數(shù)的連續(xù)幾個(gè)地址上,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。地址線的寬度主要取決于樂曲的長度，本例用到了256個(gè)4bit單元，將數(shù)據(jù)線寬度定義為9位。：圖25自動(dòng)樂曲播放模塊原理圖 定制音符數(shù)據(jù)的ROM文件Music模塊存放樂曲中的音符數(shù)據(jù)，它是利用LPMROM來實(shí)現(xiàn)的，地址線為9位，數(shù)據(jù)線寬度為4位。例如，當(dāng)0鍵按下時(shí)，x3x2x1x0=1110，y3y2y1y0=1110,編碼器輸出k_code [3…0]=0000,當(dāng)1按下時(shí)，x3x2x1x0=1110，y3y2y1y0=1101，k_code[3…0]=0001；依此類推。該段程序用于按鍵輸入電子琴鍵盤，按下一個(gè)鍵響一個(gè)音，分別設(shè)定對(duì)應(yīng)為休止符，低音1到高音1。因此采用一個(gè)較為合適的時(shí)鐘頻率12MHz。在樂曲構(gòu)成中，樂音的頻率和持續(xù)時(shí)間是其構(gòu)成要素。music模塊存放樂曲中的音符數(shù)據(jù)，notetabs模塊作為music模塊中所定制的音符數(shù)據(jù)ROM的地址發(fā)生器，tone_tab1模塊提供分頻預(yù)置數(shù)即給數(shù)控分頻模塊提供分頻系數(shù)。 頂層模塊設(shè)計(jì)頂層設(shè)計(jì)按自頂向下的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，首先通過自動(dòng)音樂播放控制notetabs模塊和4X4矩陣式鍵盤key_encoder模塊產(chǎn)生對(duì)應(yīng)音節(jié)所