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《FPGA综合设计实验指导书》 音乐播放控制电路设计 一、设计任务和要求 1、设计一个具有3个八度音程的电子音乐自动循环播放电路，具体播放曲目可以由设计者自由编辑； 2、设计8*8点阵动态显示，要求点阵图案随播放的音乐动态显示不同的图形。 3、在Quartus II开发平台中实现该音乐播放器的设计和仿真，并在LP-2900实验装置上下载实现。 4、按给定要求，书写课程设计报告书。 二、电子音乐的控制原理 1．数字简谱介绍 简谱是一种比较简单易学的音乐记谱法，用不同的点和线段配合八个阿拉伯数字0～7构成音符，记录并表示千变万化的音乐曲子及其基本音乐元素乐曲的基本元素是：音的高低(音高)、音的长短（时值）、音的力度和音质（音色）。音的高低和长短不同决定了乐曲的不同，因此成为构成音乐的最重要的基础元素。简谱中的音符表示了音高和音长两个主要元素。按照一定关系结合在一起的几个音（简谱是七个音）构成一个调式。 音符用数字1、2、3、4、5、6、7分别表示同一调式七个不同的音高：多、来、米、发、索、拉、西（do、re、mi、fa、so、la、si）。这七个数字（音名）上、下标注的点表示音调升高8度音程或降低8度音程。数字0为休止符，表示停止发音。的音振动都是规则的，可保持在某个频率上倍频关系的两个音之间，听来有相似性和中音1。这种听来有相似性的音程关系，被称作度。简谱中每两个相邻的音高间隔一个半音，所以，相邻音高的频率相差。表1列出了高、中、低三个8度音程21个音高的信号频率。 表1 3个八度音程的音高与频率关系 低音 频率（Hz） 中音 频率（Hz） 高音 频率（Hz） 261.6 1 523.3 1046.5 293.7 2 587.3 1174.7 329.6 3 659.3 1318.5 349.2 4 698.5 1396.9 392 5 784 1568 440 6 880 1760 493.9 7 987.8 1975.5 （2）音长 音长表示一个音持续时间的长短数字下或数字后的线段表示5-，5等。没有线段的数字为四分音符，其时值为音长的基本度量单位，称为一拍。数字下面标注的线段示时间减短，每增加一条线段时值等分一半，音符相应地称为分音、十六分音…。数字后面标注的线段称延长线，表示前一个音符的时值增加，每条延长线的时值增量为一拍。如果数字的边有点，称附点音符，表示延长前一个音符时值的一半。比如“5· ”的时值为1拍半（5+5），而“”的时值为四分之三拍时间（5 + ）。表以“5”为例，列出了不同音符的时值关系。 表 不同音符的时值关系 名 称 全音符 二分音符 四分音符 八分音符 十六分音符 三十二分音符 音 符 5 - - - 5 - 5 5 时 值 4拍 2拍 1拍 半拍 四分之一拍 八分之一拍 是一个相对时间概念一拍的长度没有限制，可以是1秒也可以2秒或半秒长度基本参照度量比如当乐曲的规定速度为每分钟60拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一秒；当规定速度为每分钟120拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一秒，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起。二拍，一拍半，半拍，总共是4拍，其中最小时值是半拍。以半拍为时值参照基准，即可得到其他拍子的时值。然后在每一段时值中输出相应音高的频率，输送到蜂鸣器后，就可播放出这段音乐。假设半拍时值为T，则该段简谱的输出波形如图2所示。 图2 简谱输出波形 三、8*8点阵动态显示原理 1、8*8点阵显示原理 点阵显示电路是由发光二极管组成的阵列。每一行发光二极管的阳极接在一起，由行信号ROWi控制；每一列发光二极管的阴极接在一起，由列信号Ci驱动。图3-1是8行、8列的发光二极管点阵显示电路，从上至下各行、从左至右各列编号依序增加。当某行信号为“1”、某列信号为“0”时，连接该行、该列的发光二极管亮。若行信号ROW3为“1”、列信号C4、C6为“0”，阵列中对应的两个发光二极管亮，如图3-1所示。 图3-1 发光二极管点阵显示原理 如果把发光二极管阵列的每一行看作一个8段共阳显示器，ROWi为阳极公共端，每一列Cj就是显示器的一个段，低电平有效。若各行点亮的二极管不同，则需要轮流点亮各行。动态扫描显示电路的结构如图3-2所示，各行扫描信号Y1~Y8由计数器通过3线-8线译码器产生，控制时序如图3-3所示。 图 3-2 动态扫描显示结构 图3-3 扫描信号时序图 当某一行扫描信号为高电平时，列信号的低电平可以控制该行各列的发光管亮或灭。比如，当Y1为高电平时，若列信号C1~C8为，则ROW1行第一和最末的发光二极管亮，其它六