【正文】 女孩”樂曲中的第一個(gè)音符為“10”，此音在邏輯中停留了3個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，相應(yīng)地，音符“10”就要在LPMROM中連續(xù)的三個(gè)地址上都存儲(chǔ)。 樂曲節(jié)奏的控制 “揮著翅膀的女孩”,“菊花臺(tái)”,“兩只老虎”,“世上只有媽媽好”等四首樂曲，最小的節(jié)拍為1/4拍，若將1拍的時(shí)間定為1秒，則只需要提供一個(gè)4Hz的時(shí)鐘頻率即可產(chǎn)生1/4拍的時(shí)長(zhǎng)（），對(duì)于其它占用時(shí)間較長(zhǎng)的節(jié)拍（必為1/4拍的整數(shù)倍）則只需要將該音符連續(xù)輸出相應(yīng)的次數(shù)即可。為提高輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，以使揚(yáng)聲器有足夠的功率發(fā)音，需要再通過一個(gè)分頻器將原來的分頻器的輸出脈沖均衡為對(duì)稱方波（占空比=1/2），但這時(shí)的頻率將是原來的1/2,即為500KHZ。由于現(xiàn)有的高頻時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率為12MHz，故需先對(duì)其進(jìn)行12分頻，才能獲得1MHz的基準(zhǔn)頻率。實(shí)際上應(yīng)該綜合考慮這兩個(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。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。 音符頻率的獲取 多個(gè)不同頻率的信號(hào)可通過對(duì)某個(gè)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行分頻器獲得。樂曲演奏電路原理 樂曲演奏電路原理框圖 如圖2所示： 圖2 音樂演奏電路原理框圖該主系統(tǒng)由三個(gè)模塊：Songer頂層文件,Spkout,分頻器、譯碼器組成。而用VHDL語(yǔ)言編程不需了解硬件，只需在鎖定引腳的時(shí)候了解硬件。其中五個(gè)模塊連接在AT89C52單片機(jī)上構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，如圖1所示。由于該方案中使用內(nèi)部振蕩電路，XTALXTAL2引腳外界石英晶體和微調(diào)電容構(gòu)成的晶振電路。通過單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大電路，由蜂鳴器放出，就產(chǎn)生了美妙和諧的樂曲。利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)樂曲硬件演奏電路電路主要由AT89C52芯片，LED發(fā)光二極管，喇叭，晶振電路組成，由引腳輸出定時(shí)器產(chǎn)生的各種固定頻率的方波信號(hào)，然后由喇叭產(chǎn)生各種頻率的聲音。為了顯示高、中、低三種音調(diào)，可在音符到預(yù)置數(shù)的譯碼過程中，同時(shí)譯出高、中、低三種音階的信號(hào)，并利用三個(gè)LED燈輸出信號(hào)。為了能夠在ROM中同時(shí)存放多首歌曲，并可以手動(dòng)選擇需要的歌曲，故可將ROM中分若干段存放不同曲子。我們這次課程設(shè)計(jì)使用的是C調(diào)音階頻率表，各頻率對(duì)應(yīng)的預(yù)置數(shù)就與數(shù)控分頻推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音的頻率一一對(duì)應(yīng)。在《EDA技術(shù)與VHDL》課程中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過數(shù)控分頻器設(shè)計(jì)，即輸入不同的預(yù)置數(shù)即可發(fā)出不同頻率的聲音。設(shè)計(jì)音符查找表電路模塊，時(shí)鐘模塊，數(shù)控分頻器模塊，音樂節(jié)拍產(chǎn)生模塊電路。另外，音符A的頻率為440HZ，音符B到C之間，E到F之間為半音，其余為全音。樂曲的12平均率規(guī)定：每2個(gè)八度（如簡(jiǎn)譜中的中音1與高音1）之間的頻率相差1倍。爭(zhēng)取可以在一個(gè)ROM裝上多首歌曲，可手動(dòng)或自動(dòng)選擇歌曲。關(guān)鍵詞：FPGA；EDA；VHDL；音樂 目 錄設(shè)計(jì)要求 1方案論證與對(duì)比 1 1 2 2樂曲演奏電路原理 2 樂曲演奏電路原理框圖 2 音符頻率的獲取 3 樂曲節(jié)奏的控制 3 樂譜發(fā)生器 4 樂曲演奏電路原理圖 4音樂硬件演奏電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 5 地址發(fā)生器模塊的VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì) 5 分頻預(yù)置數(shù)模塊的VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì) 8 數(shù)控分頻模塊的VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì) 10 music模塊 12 音符數(shù)據(jù)文件 13 LPMROM定制 13 頂層文件 14時(shí)序仿真及下載調(diào)試過程 16 時(shí)序仿真圖 16 引腳鎖定以及下載 17 17設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì) 18參考文獻(xiàn) 19 樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求能夠播放音樂，通過按鍵控制音樂的播放暫停。本課設(shè)在EDA開發(fā)平臺(tái)上利用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)數(shù)控分頻器電路，利用數(shù)控分頻的原理設(shè)計(jì)樂曲硬件演奏電路，并定制LPMROM存儲(chǔ)音樂數(shù)據(jù)，以“揮著翅膀的女孩”,“菊花臺(tái)”,“兩只老虎”,“世上只有媽媽好”等四首樂曲為例，將音樂數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到LPMROM，就達(dá)到了以純硬件的手段來實(shí)現(xiàn)四首不同樂曲的演奏效果。FPGA預(yù)裝了很多已構(gòu)造好的參數(shù)化庫(kù)單元LPM器件。如今的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)者面臨日益縮短的上市時(shí)間的壓力，不得不進(jìn)行上萬門的設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)者不允許以犧牲硅的效率達(dá)到保持結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性。湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：VHDL語(yǔ)言與EDA課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 樂曲硬件演奏電路設(shè)計(jì) 系 別： 通信與控制工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 09電信 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 起止日期: 2012年06月13日 ~ 2012年06月22日指導(dǎo)教師: 教研室主任： 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng) 目權(quán)重成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)過程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯設(shè)計(jì)報(bào)告書寫及圖紙規(guī)范程度總 成 績(jī) 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘 要 樂曲演奏廣泛用于自動(dòng)答錄裝置、手機(jī)鈴聲、集團(tuán)電話、及智能儀器儀表設(shè)備。實(shí)現(xiàn)方法有許多種，隨著FPGA集成度的提高，價(jià)格下降，EDA設(shè)計(jì)工具更新?lián)Q代，功能日益普及與流行，使這種方案的應(yīng)用越來越多。使用現(xiàn)今的EDA軟件工具來應(yīng)付這些問題，并不是一件簡(jiǎn)單的事情。通過引入支持LPM的EDA軟件工具，設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)獨(dú)立而且硅片的使用效率非常高的產(chǎn)品。要想實(shí)現(xiàn)其他樂曲的演奏效果，只要修改LPMROM所存儲(chǔ)的音樂數(shù)據(jù)，將其換成其他樂曲的音樂數(shù)據(jù)，再重新定制LPMROM，連接到程序中就可以實(shí)現(xiàn)其它樂曲的演奏。擴(kuò)展功能：與演奏發(fā)音相對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)譜碼輸出在數(shù)碼管上顯示，并用三個(gè)LED燈顯示對(duì)應(yīng)音符的高音，中音，低音。方案論證與對(duì)比利用FPGA來實(shí)現(xiàn)樂曲硬件演奏電路。在2個(gè)八度音之間，又可分為12個(gè)半音，每2個(gè)半音的頻率比為12/2。由此可以計(jì)算出簡(jiǎn)譜中從低音l至高音1之間每個(gè)音符的頻率。ROM中的音樂數(shù)據(jù)文件可由編輯好的音符填入HEX文件中,再定制LPM_ROM,將音符數(shù)據(jù)加載入ROM中。由此我們?cè)O(shè)計(jì)一功能模塊，能夠?qū)非械囊舴鹨灰詫?duì)應(yīng)的頻率以預(yù)置數(shù)的形式置入數(shù)控分頻計(jì)中，即可利用該數(shù)控分頻計(jì)產(chǎn)