乐曲演奏电路设计实验报告

一、 实验目的1、 开发学生的创新性思维，培养学生的动手能力和独立思考能力。2、 加深学生对EDA技术与VHDL语言的认知，拓展对该语言的应用。3、 进一步熟悉QuartusII的应用，熟悉文本输入和原理图输入的程序设计方法。4、 掌握ROM的设计方法和使用方法。5、 培养学生对所学知识的综合应用能力。二、 实验内容及要求乐曲演奏电路设计：设计任务：要求能够演奏出《友谊地久天长》的曲调或可另选一段较完整的曲调（扩展要求：能够从数码管上显示出当前曲调的简谱和频率）三、 实验原理初步原理图：音符的频率可以由上图中的U3获得，这是一个数控分频器。由其clk端输入一具有较高频率（这里是12MHz）的信号，通过U3分频后由SPKOUT输出，U3对clk输入信号的分频比由11位预置数Tone[10..0]决定。SPKOUT的输出频率将决定每一音符的音调，这样，分频计数器的预置值Tone[10..0]与SPKOUT的输出频率，就有了对应关系。•音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定，图中模块U2的功能首先是为U3提供决定所发音符的分频预置数，而此数在U3输入口停留的时间即为此音符的节拍值。模块U2是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路，其中设置了乐曲全部音符所对应的分频预置数（一共8个），每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块U1的clk的输入频率决定（如为4Hz）,这8个值的输出由对应于U2的3位输入值Index[2..0]确定。•在U1中设置了一个7位二进制计数器（计数最大值为65），作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率若选为4Hz，即每一计数值的停留时间为0.25秒，恰为当全音符设为1秒时，四四拍的4分音符持续时间。随着U1中的计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时，即随地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过ToneIndex[2..0]端口输向U2模块，乐曲就开始连续自然地演奏起来了。四、 实验仪器、材料计算机及QuartusII软件，GW48EDA/SOPC实验箱，下载线等。五、 方按设计（1）计数器设计程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitycntisport(clk,rst,en:instd_logic;cq:outstd_logic_vector(7downto0);cout:outstd_logic);endcnt;architecturebehaveofcntisbeginprocess(clk,rst,en)variablecqi:std_logic_vector(7downto0);beginifrst='1'thencqi:=(others=>'0');elsifclk'eventandclk='1'thenifen='1'thenifcqi<65thencqi:=cqi+1;elsecqi:=(others=>'0');endif;endif;endif;ifcqi=65thencout<='1';elsecout<='0';endif;cq<=cqi;endprocess;endbehave;R0M设计；数控分频器设计程序：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitydvfisport(clk:instd_logic;d:instd_logic_vector(7downto0);fout:outstd_logic);enddvf;architectureoneofdvfissignalfull:std_logic;beginp_reg:process(clk)variablecnt8:std_logic_vector(7downto0);beginifclk'eventandclk='1'thenifcnt8="11111111"thencnt8:=d;full<='1';elsecnt8:=cnt8+1;full<='0';endif;endif;endprocessp_reg;p_div:process(full)variablecnt2:std_logic;beginiffull'eventandfull='1'thencnt2:=notcnt2;ifcnt2='1'thenfout<='1';elsefout<='0';endif;endif;endprocessp_div;endone;(4)实际原理图设计

(5)测试仿真。六、实验过程及原始记录1、 先打开QuartusII,并建立工程和文件；2、 编写计数器及数控分频器的VHDL程序语言，然后将其生成相应的电路模型备用；3、 再利用公式计算所要输入的音乐频率f的预置数D(D=512-32768/(f*2))；4、 建立一个新的MIF文件，把所求的预置数D填入lpm_rom中，并保存；5、 调用计数器、lpm_rom、分频器模型，连成电路原理图；6、 分别进行编译，确保无错；7、 、进行仿真、绑定引脚、下载到试验箱进行硬件测试；音频对照表：中晋131262525294589165330661中晋13126252529458916533066141753S07005 , 6196 I 221393 441冏8 882248496990ROM:苴Jyinyue.miftityAddr+0+1+2士3+4+5W+7》CumpilaticmHier：di-chy0449449449449456456456462846546546547047047547948116QGQQ47047Q47047024449449449482449449462462324564564564804564564624624G4494494494804624624704704S4754754754754854394394395647047047G46246246244944964456456456480456456462462七、>HierarcmJjElFil已#|责DesignUnits]72449449449475475475449449us8G449449449449449449475475X8S47G47G47G462462462449449Frog...%Time©%4564564564494564564754751044704704704624624624704701124754754754754754754S148112047047047G4394624624494491284564564564334564564494491364494494494494334334394391444494494494494494491449Q152QGQQGQ0Q16Q0Q00Q00016S00000000176QGQQGQ0Q—1Rdnnnnnnnn涝果及分析实验结果：经过下载后，试验箱的喇叭发出一段《友谊天长地久》的音乐以及我们加入的曲目开头的1234567的声音。实验分析：•原理图的第一部分：计数器，作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率若选为4Hz，即每一计数值的停留时间为0.25秒，恰为当全音符设为1秒时，四四拍的4分音符持续时间。随着计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时，即随地址值递增时，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中端口输向数控模块，乐曲就开始连续自然地演奏起来了。•原理图的第二部分：LPM_ROM，首先是为数控分频器部分提供决定所发音符的分频预置数，而此数在数控分频器输入口停留的时间即为此音符的节拍值。模块ROM是乐曲简谱码对应的分频预置数查表电路，其中设置了乐曲全部音符所对应的分频预置数（一共8个），每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块U1的clk的输入频率决定（为4Hz）.•原理图的第三部分：数控分频器，由其clk端输入一具有