2010《EDA技术基础》[设计]实验总结报告模板和要求.docVIP

湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告 第 PAGE 12页，共 NUMPAGES 12页 EDA技术基础音乐播放器设计性实验2008112020346郭斌电子信息科学与技术物电学院0803班 一、任务解析： 以前用51单片机制作了一个可演奏的电子琴，学习了EDA技术之后，感觉FPGA与单片机有许多类似的地方。于是，启发我用FPGA做一个可随意演奏的音乐播放器。设计低、中、高21个音，几乎能够实现一般歌曲的演奏。要实现该功能，就必须考虑到一首歌曲的产生应该考虑的两个因素：音符的产生频率和音的节拍（即声音持续的时间）。只要控制输出到扬声器的激励信号频率的高低和持续的时间，就可以使扬声器发声产生优美的歌曲。 方案论证： 音调的控制： 频率的高低决定了音调的高低。通过查阅资料，得到下面的音符名与频率的关系表： 音符名频率/hz音符名频率/hz音符名频率/hz低音1262中音1523高音11046低音2294中音2587高音21175低音3330中音3659高音31318低音4349中音4698高音41397低音5392中音5784高音51568低音6440中音6880高音61760低音7494中音7988高音71976 分频比预置数的计算： 分频比就是从6Mhz基准频率通过二分频得到的3Mhz频率基础上计算得到的。对于乐曲中的休止符，只需将其分频系数设为0，将分频预置数设为16383即可。例如：低音3的频率为330hz，分频比为3M/330hz=3000000/330=9091,则其分频预置数为：16383-9091=7292。其他的音符对应的分频比和分频比预置数均按此法计算可得到。依次计算出低、中、高3X7=21个音的预置数。 各音阶对应的预置数如下表： 音符名预置数音符名预置数音符名预置数低音14933中音110647高音113515低音26179中音211272高音213830低音37292中音311831高音314107低音47787中音412085高音414236低音58730中音512556高音514470低音69565中音612974高音614678低音710310中音713347高音714858 音长的控制： 音符的持续时间必须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。本试验中，设定最短的音符为4分音符，若将全音符的持续时间设为1s的话，则需要提供一个4Hz的时钟频率即可产生4分音符的时间，每1/4个节拍的时间为0.25s，一个完整的节拍为1s。 以上即为音乐播放器的原理框图。控制音调通过设置计数器的预置数来实现，预置不同的数可以使计数器产生不同频率的信号，从而产生不同的音调。控制音长则是通过控制计数器预置数的停留时间来实现的，预置数停留的时间越长，则该音符演奏的时间越长。每个音符的演奏时间都是0.25s的整数倍，对于节拍较长的音符，例如2分音符，占了2/4个节拍，在记谱的时候将其连续记录2次即可。 实验步骤： 分频产生6Mz的基准频率： module div_clk6mhz(clk24m,clk6m); input clk24m; output clk6m; reg clk6m; reg cnt; always @(posedge clk24m) if(cnt1)cnt=cnt+1; //（24m/6m=4分频,cnt[4/2-1=1]即可） else begin cnt=0;clk6m=!clk6m;end endmodule 由于此分频电路简单，就不在这里给出仿真波形了。 分频产生4hz的节拍控制频率： module div_clk4hz(clk24m,clk4); input clk24m; output clk4; reg clk4; reg [21:0]cnt; always @(posedge clk24m) if(cnt2999999)cnt=cnt+1;//(24m/4hz=6000000,cnt[6000000/2-1=2999999]） else begin cnt=0;clk4=!clk4;end endmodule 此分频电路也很简单，就不在这里给出仿真波形了。 乐曲产生模块： 核心模块就在这里，这里：（1）首先罗列了低、中、高21个音的分频比预置数（还有休止符的预置数16383），通过6Mhz的基准频率，在其上升沿的时候，计数器累加，当计满到16383之后就取反s