电子琴的设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除硬件电子琴电路模块设计 一、实验目的：学习利用数控分频器设计硬件电子琴实验。二、实验原理：实验用FPGA实现乐曲的播放原理： 分四步1、将待播放的梁祝音乐音符存入ROM2、以4HZ频率读取ROM 3、根据1MHZ的内部时钟要求，将读出的音符换算成应计数的数值4、以1MHZ为内部时钟，实现符合要求的方波信号。图1 硬件电子琴电路结构主系统由五个模块组成，songer.v是顶层设计文件，其内部有五个功能模块（如图1所示）：Speakera.v 和ToneTaba.v ，NoteTabs.v，div_50_12M.v,div_50_4HZ.v。模块ToneTaba是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如5，并由High输出指示音阶高8度显示。模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。增加一个NoteTabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。div_50_12M.v是由于实验板上，只有50MHZ有源晶振，故将用50MHZ进行分频实现12.5MHZ的时钟，在后续模块Speakera.v中再分频得到近似1MHZ时钟。div_50_4HZ.v是用系统需要4HZ频率读ROM，于是用50MHZ，分频得到4HZ频率。三、实验内容：1自己编写12.5 MHZ和4HZ的分频程序div_50_12M和div_50_4HZ。用CLOCK=50MHZ(PIN_N2)的输入频率接入并进行分频得12.5MHz，此信号作为Speakera模块的输入频率；用CLOCK=50MHZ的输入频率接入并进行分频得4Hz，此信号作为NoteTabs模块的输入频率。2Music模块用ROM的IP CORE存放“梁祝”乐曲演奏数据，编写并加载.COE文件放置梁祝”乐曲演奏数据。3编译适配以上文件，给出仿真波形，最后进行下载和硬件测试实验。4选择LD5LD2发光管显示Code3Code0表示琴音简谱码，发光管LD7显示高8度，SPEAKOUT接蜂鸣器端口。工程分布：顶层模块：songer.vmodule songer(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout);input clk_50M;/CLK=50MHZinput reset;output3:0 Code1;output High1,Spkout;wire10:0 Tone;wire3:0 ToneIndex;wire clk_4HZ,clk_12M;NoteTabs u0( .Clk(clk_4HZ), .ToneIndex(ToneIndex) );ToneTaba u1( .Index(ToneIndex), .Code(Code1), .High(High1), .Tone(Tone) ); Speakera u2( .Clk(clk_12M), .Tone(Tone), .SpkS(Spkout) );div_50_12M u3(clk_50M,clk_12M,reset); div_50_4HZ u4(clk_50M,clk_4HZ,reset);endmoduleNoteTabs模块：module NoteTabs(Clk,ToneIndex); input Clk; output3:0 ToneIndex; reg7:0 Counter;always(posedge Clk ) beginif(Counter=138) Counter=8b00000000;else Counter=Counter+1b1;endMusic u5( .address(Counter), .clock(Clk), .q(ToneIndex) );endmoduleToneTaba模块：module ToneTaba (Index,Code,High,Tone); input3:0 Index; output3:0 Code; output High; output10:0 Tone; reg3:0 Code; reg High; reg10:0 Tone; always (Index) begin case(Index) 4b0000 :begin Tone=11b11111111111;Code=4b0000;High=1b0;end/2047 4b0001 :begin Tone=11b01100000101;Code=4b0001;High=1b0;end/773 4b0010 :begin Tone=11b01110010000;Code=4b0010;High=1b0;end/912 4b0011 :begin Tone=11b10000001100;Code=4b0011;High=1b0;end/1036 4b0101 :begin Tone=11b10010101101;Code=4b0101;High=1b0;end/1197 4b0110 :begin Tone=11b10100001010;Code=4b0110;High=1b0;end/1290 4b0111 :begin Tone=11b10101011100;Code=4b0111;High=1b0;end/1372; 4b1000 :begin Tone=11b10110000010;Code=4b0001;High=1b1;end/1410; 4b1001 :begin Tone=11b10111001000;Code=4b0010;High=1b1;end/1480; 4b1010 :begin Tone=11b11000000110;Code=4b0011;High=1b1;end/1542; 4b1100 :begin Tone=11b11001010110;Code=4b0101;High=1b1;end/1622; 4b1101 :begin Tone=11b11010000100;Code=4b0110;High=1b1;end/1668; 4b1111 :begin Tone=11b11011000000;Code=4b0001;High=1b1;end/1728; default :begin Tone=11b11111111111;Code=4b0000;High11)begin PreClk=1b1; Count4=1; end else begin PreClk=1b0; Count4=11h7FF) begin Count11=Tone; FullSpkS=1b1; end else begin Count11=Count11+1b1; FullSpkS=0; endendalways(posedge FullSpkS)begin Count2=Count2; if(Count2=1b1) SpkS=1b1; else SpkS=1b0; endendmodule两个分频模块：IP核模块：MEMORY_INITIALIZATION_RADIX = 10;MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 3 , 3 , 3 , 3, 5, 5, 5,6, 8, 8, 8 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 12,12,12, 15, 13 , 12 , 10 , 12, 9, 9, 9, 9, 9, 9, 9 , 0 , 9 , 9, 9, 10, 7, 7, 6, 6, 5 , 5 , 5 , 6, 8, 8, 9, 9, 3, 3, 8 , 8 , 6 , 5, 6, 8, 5, 5, 5, 5, 5 , 5 , 5 , 5, 10, 10, 10, 12, 7, 7, 9 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 3 , 5 , 3 , 3, 5, 6, 7, 9, 6, 6, 6 , 6 , 6 , 6, 5, 6, 8, 8, 8, 9,12 ,12 ,12 ,10, 9, 9,10, 9,8, 8, 6 , 5 , 3 , 3, 3, 3, 8,8, 8,8,6 , 8 ,6 , 5, 3, 5, 6,8, 5,5,5 ,5 , 5 ,5, 5,5,0, 0, 0;执行综合后的电路：引脚锁定：四、思考题：1、电路上应该满足哪些条件，才能用数字器件直接输出的方波驱动扬声器发声？答：当电路输出的频率在扬声器的工作范围之内时，驱动电流能够驱动扬声器，才能用数字器件直接输出的方波驱动扬声器发声。2、如果演奏其他乐曲，程序应做哪些方面的改动？程序应将coe文件改掉以及ToneTbaba和NoteTabs做相应改变，要将频谱对应的中高低音对应的二进制改变。五、实验过程代码分析：1、在分频模块中用50M分频产生50%的4HZ时钟，先将count、clk_4HZ赋值为0一次，在50M始终上升沿触发，如果count计数到6249999，将count赋值为0，并将clk_4HZ反转，否则继续