基于fpga的音樂(lè)播放器的設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫(kù)吧資料
2024-12-01 00:25本頁(yè)面
【正文】 人們生活水平逐步提部分 .順應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ,可利用 EDA 開(kāi)發(fā)平臺(tái) ,采用可編程邏輯器件FPGA 使硬件的功能可通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放器 ,Quartus2 軟件是進(jìn)行 FPGA 設(shè)計(jì)的操作平臺(tái) , 它是由 Altera 公司開(kāi)發(fā)的進(jìn)行基于 EDA 技術(shù)的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)軟件 , 其功能強(qiáng)大 ,界面友好 ,使用便捷 .Quartus2 軟件集成了 Altera 公司的可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)流程中所涉及的幾乎所有的工具和第三方軟件接口 ,可以創(chuàng)建 ,組織和管理用戶的設(shè)計(jì) .主要能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)輸入 ,綜合 ,布局布線 ,時(shí)序分析 ,仿真 ,編程和配置 ,系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì) ,軟件開(kāi)發(fā) ,時(shí)序逼近 ,調(diào)試和工程更改管理的功能 .可以根據(jù)不同的配置模式 , 采用不同的編程方式 , 能夠反復(fù)使用 , 無(wú)需專用的 FPGA 編程器 , 只要換一片 EPROM 芯片即可修改 FPGA 功能 .增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性 ,有效地提高了工作效率 ,增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性 ,提高了技術(shù)指標(biāo) .因此 , 基于 FPGA 的電路設(shè)計(jì)過(guò)程更加靈活且通用性更好 . 實(shí)習(xí)目的 1 利用 VHDL 硬件描述語(yǔ)言結(jié)合 FPGA 器件設(shè)計(jì)一個(gè) 音樂(lè)播放器 ,為其他電路的設(shè)計(jì)提供一定借鑒作用 . 2 2 了解 音樂(lè)播放器 的原理 ,運(yùn)用剛剛學(xué)過(guò)的數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)并制作 音樂(lè)播放器 ,而且通過(guò) 音樂(lè)播放器 的制作進(jìn)一步了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法 .由于 音樂(lè)播放器 包括組合邏輯電路和時(shí)序電路 ,通過(guò)它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法 ,從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合 . 3 總的來(lái)說(shuō) ,本次設(shè)計(jì) 有助于學(xué)生對(duì)電子線路知識(shí)的整合和電子線路設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練 ,并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè) 設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ) . 3 第二章 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì) 要求 實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有一定功能的 音樂(lè)播放器 : 1 實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)置樂(lè)曲的播放功能 . 2 實(shí)現(xiàn)樂(lè)曲按鍵輸入 ,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子琴功能 . 3 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)播放 . 實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)要求 1 采用 VHDL 語(yǔ)言編寫(xiě)程序 ,啟動(dòng) Quartus2 全程編譯 ,生成具 體輸入 ,輸出端口的圖形文件 .啟動(dòng)全程功能仿真 ,生成仿真波形文件 .生成下載文件 ,在 EPM7128 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上利用 Altera 公司的 EPM7128 芯片 進(jìn)行功能驗(yàn)證 . 2 編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告 ,要求包括方案選擇 ,程序清單 ,調(diào)試過(guò)程 ,測(cè)試結(jié)果及心得 . 4 第三章 總體方案 原理介紹 為了 便于理解 ,首先介紹一下硬件電路的發(fā)聲原理 .我們知道 ,聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲 ,若能利用程序來(lái)控制 FPGA 某個(gè)引腳輸出一定頻率的矩形波 ,接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音 .而樂(lè)曲中的每一音符對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定的頻率 ,因此 ,要想 FPGA 發(fā)出不用音符的音調(diào) ,實(shí)際上只要控制它輸出相應(yīng)音符的頻率即可 .樂(lè)曲都是由一連串的音符組成 ,因此按照樂(lè)曲的樂(lè)譜依次輸出這些音符所對(duì) 應(yīng)的頻率 ,就可以在揚(yáng)聲器上連續(xù)地發(fā)出各個(gè)音符的音調(diào) .而要準(zhǔn)確地演奏出一首樂(lè)曲 ,僅僅讓揚(yáng)聲器能夠發(fā)聲是不夠的 ,還必須準(zhǔn)確地控制樂(lè)曲的節(jié)奏 ,即每個(gè)音符的持續(xù)時(shí)間 .由此可見(jiàn) ,樂(lè)曲中每個(gè)音符的發(fā)音頻率及其持續(xù)的時(shí)間是樂(lè)曲能夠連續(xù)演奏的兩個(gè)關(guān)鍵因素 . 而簡(jiǎn)易電子琴 ,工作原理與樂(lè)曲演奏一樣 ,只是將固定預(yù)置樂(lè)曲變成了手動(dòng)按鍵輸入 ,節(jié)拍時(shí)間取決于按鍵的停留時(shí)間 ,如果合適 ,同樣能播放出完整的歌 曲來(lái) . 音調(diào)的控制 頻率的高低決定了音調(diào)的高低 .音樂(lè)的十二平均率規(guī)定 :每?jī)蓚€(gè)八度音（如簡(jiǎn)譜中的中音 1和高音 1） 之間的頻率相差一倍 .在兩個(gè)八度音之間又分為十二個(gè)半音 .另外 ,音名 A（簡(jiǎn)譜中的低音 6）的頻率為 440Hz,音名 B 到 C 之間、 E到 F之間為半音 ,其余為全音 .由此可以計(jì)算出簡(jiǎn)譜中從低音 1到高音 1之間每個(gè)音名對(duì)應(yīng)的頻率 ,所有不同頻率的信號(hào)都是從同一個(gè)基準(zhǔn)頻率分頻得到的 .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) ,因此必須將計(jì)算得到的分頻數(shù)四舍五入取整 .若基準(zhǔn)頻率過(guò)低 ,則由于分頻比太小 ,四舍五入取整后的誤差較大 ,若基準(zhǔn)頻率過(guò)高 ,雖然誤差較小 ,但分頻數(shù)將變大 .實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮這兩方面的因素 ,在盡量減小頻率誤差的前 提下取合適的基準(zhǔn)頻率 .因此 ,要想 FPGA 發(fā)出不 同 音符的音調(diào) ,實(shí)際上只要控制它輸出相應(yīng)音符的頻率即可 .綜合考慮各因素 ,本文中選取 12MHZ作為 CLK的分頻計(jì)數(shù)器的輸入分 5 頻信號(hào) .樂(lè)曲都是由一連串的音符組成 ,因此按照樂(lè)曲的樂(lè)譜依次輸出這些音符所對(duì)應(yīng)的頻率 ,就可以在揚(yáng)聲器上連續(xù)地發(fā)出各個(gè)音符的音調(diào) . 表 31 簡(jiǎn)譜中的音名與頻率的關(guān)系 音名 頻率 /Hz 音名 頻率 /Hz 音名 頻率 /Hz 低音 1 中音 1 高音 1 低音 2 中音 2 高音 2 低音 3 中音 3 高音 3 低音 4 中音 4 高音 4 低音 5 392 中音 5 784 高音 5 1568 低音 6 440 中音 6 880 高音 6 1760 低音 7 中音 7 高音 7 音長(zhǎng)的控制 音符的持續(xù)時(shí)間須根據(jù)樂(lè)曲的速度及每個(gè)音符的節(jié)拍數(shù)來(lái)確定 .
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1