EDA课程设计乐曲硬件演奏电路VHDL设计.docxVIP

EDA课程设计题目：乐曲硬件演奏电路的VHDL设计专业：通信工程班级：通信082姓名：谢振峰学号：0810920213设计题目：乐曲硬件演奏电路的VHDL设计设计目标：1）能够播放“梁祝”乐曲。2）能够通过LED显示音阶。3）具有“播放/停止”功能，并在此基础上实现“按键演奏”的电子琴功能。设计原理：音乐基础知识一段简单乐谱由音调和节拍组成，音调表示一个音符唱多高的频率，节拍表示一个音符唱多长的时间。音符的节拍我们可以举例来说明。在一张乐谱中，我们经常会看到这样的表达式，如1=C 、1=G……等等。以为例加以说明，它表示乐谱中以四分音符为节拍，每一小结有三拍。比如：图1其中1 、2 为一拍，3、4、5为一拍，6为一拍共三拍。1 、2的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，3、4的时长为八分音符的一半，即为十六分音符长，5的时长为四分音符的一半，即为八分音符长，6的时长为四分音符长。那么一拍到底该唱多长呢？一般说来，如果乐曲没有特殊说明，一拍的时长大约为400—500ms 。我们以一拍的时长为400ms为例，则当以四分音符为节拍时，四分音符的时长就为400ms，八分音符的时长就为200ms，十六分音符的时长就为100ms。原理图框图：图2.框图原理图说明音乐播放原理说明音符的频率由数控分频器模块Speakera产生。ToneTaba模块从NoteTabs模块中输入的音符数据，将对应的分频预置数据传送给Speakera模块，并将音符数据送到LED模块显示音阶。NoteTabs模块中包含有一个音符数据ROM，里面存有歌曲“梁祝”的全部音调，在此模块中设置了一个8位二进制计数器，作为音符数据ROM的地址发生器。这个计数器的计数频率为4Hz，即每一个数值的停留时间为0.25秒。例如：“梁祝”乐曲的第一个音符为“3”，此音在逻辑中停留了4个时钟节拍，即1秒钟时间，所对应的“3”音符分频预置数为1036，在Speakera的输入端停留了1秒。随着NoTabs中计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时，随着地址的递增，音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过输出端口输入到ToneTaba模块，“梁祝”歌曲就开始连续自然地演奏起来。键盘演奏原理说明在模块ToneTaba中设置有八个键盘输入端口，分别对应基音“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”和高音“1”八种音调。当其中某个按键按下时，ToneTaba模块就将对应音符的分频预置数送到数控分频模块Speakera模块产生相应音调，同送将音符送到LED显示模块显示音节。设计内容取音调节拍模块NoteTabs图5：NoteTabs实体图模块实体由时钟输入信号clk、实现暂停与播放功能的使能输入信号en和音符输出端toneindex组成。时钟输入端clk接入4Hz信号，即0.25秒作为“梁祝”乐曲的基本时钟节拍。NoteTabs模块设置有个计数器，作为地址计数器，用于从模块内部的music_rom中取音符数据。NoteTabs模块仿真图如下：图4音频预置数及演奏按键模块ToneTaba图5：ToneTaba实体图该模块的实体组成端口由音符数据输入端index、音乐演奏或音乐播放选择输入端口yanzhou_en、八个按键输入端口key_1~key_8、及音阶数据输出端口code、音符分频数据输出端口tone组成。当端口yanzhou_en置‘1’时，进行按键音乐演奏功能，即将对应按键的的音阶的分频数据送至模块Speakera产生音调；当端口为‘0’时，进行音乐播放功能，即将NoteTabs模块输入的音符数据送至模块Speakera产生音调。ToneTaba模块仿真图如下：图6数控分频模块Speakera图7：Speakera模块实体图该模块由时钟输入信号端clk、分频数据输入端tone以及音调频率输出端spks组成。其clk端输入较高的频率（12MHz）,通过Speakera分频后由spks输出。模块仿真图如下：图8软件流程图如下：图9仿真结果原理图设计：图10仿真结果图仿真图1：音乐播放图11仿真图1说明：音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘0’，音乐播放、暂停选择键play_pause置‘0’，选择音乐播放功能，其中code端口输出的音符可送入译码器模块显示音阶。仿真图2：音乐暂停图12仿真图2说明：音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘0’，选择音乐播放功能。当音乐播放、暂停输入端口play_pause置‘1’时，从图12与图11比较可知，其中的图12的音符6因为暂停而被延长，音乐播放被暂停，当play_pause重新置‘0’时，音乐开始继续播放。仿真图3：按键演奏音乐图13仿真图3说明：音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘1’，选择按键音乐演奏功能。其中端口t