COLD音樂播放器綜合項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告分析

1、cold音樂播放器綜合項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告分析常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院可編程邏輯器件開發(fā)應(yīng)用綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告2015 2016 學(xué)年第二學(xué)期項(xiàng)目：音樂播放器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)班級：計(jì)應(yīng)142學(xué)號：1408143209姓名：顧杉授課教師：聶章龍制定日期：2015年06月24日 一、總體設(shè)計(jì)（項(xiàng)目總體分析） 1、基本功能基于verilog hdl的音樂播放器系統(tǒng)是以altera公司的max系列芯片epm1270t144c5為主控單元，根據(jù)音樂發(fā)生的原理,將復(fù)雜可編程邏輯器件作為發(fā)生音樂的核心器件,用高速集成電路硬件描述語言verilog hdl編程控制音樂發(fā)生的樂譜,配合周邊硬件電路,由蜂鳴器發(fā)聲器件發(fā)出音樂聲,實(shí)

2、驗(yàn)表明,采用該方法設(shè)計(jì)的音樂發(fā)生器成本低、修改方便。基于verilog hdl的音樂播放器實(shí)現(xiàn)的功能主要有在4位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管上顯示音樂播放的時(shí)間，在8*8點(diǎn)陣屏上顯示相應(yīng)歌曲的名字（漢語拼音或英文字母），在1位靜態(tài)數(shù)碼管上顯示高（h）、中（z）、低（l）音調(diào)，并且利用8個(gè)小燈的亮滅來標(biāo)識相應(yīng)的音符（音符是幾就亮第幾盞小燈），通過開始/暫停按鍵控制音樂的開始、暫停，通過樂曲選擇按鍵控制音樂的選擇，選擇時(shí)單個(gè)數(shù)碼管上顯示歌曲編號，如選擇“蘭花草”時(shí)，顯示0。交流蜂鳴器為了增加i/o口的驅(qū)動(dòng)能力采用了npn型晶體管，這樣只要在基極buzz上輸入一定頻率的脈沖，蜂鳴器buzz就會(huì)發(fā)出悅耳的音樂。樂曲演奏

3、的原理是這樣的：組成樂曲的每個(gè)音符的頻率值（音調(diào)）及其持續(xù)時(shí)間（音長）是樂曲演奏的兩個(gè)基本數(shù)據(jù)。所以只要控制輸出到揚(yáng)聲器信號的頻率高低和該頻率信號持續(xù)的時(shí)間就可以演奏出不同的音樂，頻率的高低決定了音調(diào)的高低，而樂曲的簡譜與各個(gè)音名有各自的對應(yīng)關(guān)系，所有不同頻率的信號都是從同一個(gè)基準(zhǔn)頻率分頻得到的，由于音階頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，所以必須將計(jì)算得到的分頻進(jìn)行四舍五入取整，基準(zhǔn)頻率和分頻系數(shù)應(yīng)綜合考慮加以選擇從而保證音樂不會(huì)走調(diào)。由于蜂鳴器具有控制簡單及聲響悅耳的特點(diǎn)，在工程項(xiàng)目中，常用作人機(jī)接口的重要輸出設(shè)備，用以發(fā)出語音提示信息，使系統(tǒng)更加完善和使用。蜂鳴器有交流和直流兩種，直

4、流蜂鳴器驅(qū)動(dòng)簡單，只要在二號引腳上加上直流電源它就會(huì)發(fā)出一定頻率的聲音，此時(shí)聲音的音調(diào)和音量是固定的，而交流蜂鳴器在這方面則顯得比較靈活，輸入的聲音信號的頻率和音長可以由用戶控制，因此輸出的聲響可以是多樣的。 簡譜中的音名與頻率是一一對應(yīng)的，因此要發(fā)出某一聲樂，只需要輸出該聲樂所對應(yīng)的頻率信號就可以了，在實(shí)驗(yàn)板上已經(jīng)為我們準(zhǔn)備了鍵盤k1k8和一個(gè)蜂鳴器buzz，所以完全可以用它們來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的電子琴，為了產(chǎn)生一定的頻率信號，我們還需要用到有源時(shí)鐘clock，并且把它作為樂曲的基準(zhǔn)頻率，而所有不同的頻率信號都是從這一基頻分頻而來的，比如在24mhz的時(shí)鐘下，中音1（對應(yīng)的頻率值為523.3hz

5、）的分頻系數(shù)應(yīng)該是：24*10的六次方/（523.3*2）=0x5993。 通過對有關(guān)蜂鳴器的設(shè)計(jì)案例的學(xué)習(xí)，基本上對分頻和控制交流蜂鳴器發(fā)聲有了一定的了解，所以在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)音樂片段是對分頻和蜂鳴器發(fā)聲的綜合應(yīng)用，需要處理好各種簡譜的播放順序及音長。程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意按鍵去抖動(dòng)計(jì)數(shù)，注意分模塊去設(shè)計(jì)每個(gè)模塊并且注意模塊與模塊之間的關(guān)系。在這個(gè)項(xiàng)目中我們還用到了漢字的顯示，通過以前學(xué)習(xí)的點(diǎn)亮顯示屏的例子，我們隊(duì)led點(diǎn)陣顯示屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、驅(qū)動(dòng)和編程方法有了一定的了解，同樣，led點(diǎn)陣顯示屏可以顯示漢字或字符，只是此時(shí)的漢字或字符應(yīng)該以點(diǎn)陣的形式來表示，取點(diǎn)越多，漢字或字符也將越逼真

6、，通常8*8的點(diǎn)陣顯示屏可以用來顯示一些簡單的漢字。首先把要顯示的（8*8）漢字用二進(jìn)制代碼來表示，這一過程稱之為取字模。這樣，在程序中才用逐行掃描的方法掃描整個(gè)點(diǎn)陣，當(dāng)然在掃描對應(yīng)行的同時(shí)在段碼線輸出對應(yīng)的字模數(shù)據(jù)，于是該行的相應(yīng)點(diǎn)被點(diǎn)亮。雖然漢字是被逐行顯示的，但是由于人眼的視覺差，且只要掃描速度足夠快，所以看到的將還是一個(gè)完整的漢字。由于音階頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，故必須將得到的分頻數(shù)四舍五入取整。由于最大的分頻系數(shù)為5102，故采用13位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器已能滿足分頻要求。在表中可以看到不同音階對應(yīng)的不同初始值。對于不同的分頻系數(shù)，只要加載不同的初始值即可。采用加載初始值而不

7、將分頻輸出譯碼反饋，可以有效地減少設(shè)計(jì)占用可編程邏輯器件的資源。“0”表示休止符，在很多音樂中，休止符也是一個(gè)重要的音符。對于休止符，只要將分頻系數(shù)設(shè)為0，揚(yáng)聲器就不會(huì)發(fā)聲了?？傮w來說，要設(shè)計(jì)好這個(gè)項(xiàng)目首先要可以做出輸出警報(bào)聲，要了解蜂鳴器引腳與erm1270t144c5n芯片的引腳的連接關(guān)系，理解交流蜂鳴器的工作原理及外圍驅(qū)動(dòng)電路，其次要能做出熟悉電子琴的設(shè)計(jì)，數(shù)字電子琴的設(shè)計(jì)需要掌握時(shí)鐘分頻的方法，掌握鍵盤與不同音頻的對應(yīng)關(guān)系，左右要能做出音樂播放器的設(shè)計(jì)，需要掌握交流蜂鳴器的綜合應(yīng)用，而能把這些結(jié)合起來尤為重要，運(yùn)用我們前面所學(xué)的知識把這幾塊結(jié)合起來，就能設(shè)計(jì)出音樂播放器綜合項(xiàng)目。 2、

8、功能框圖 調(diào)用： fenpin(); /分頻函數(shù)，對24mhz的信號進(jìn)行分頻 jianpu();/要播放的音樂的簡譜yanzou();/讓蜂鳴器發(fā)出聲音shanshuo (); /讓簡譜上的數(shù)字在led小燈上顯示出來xianshi(); /顯示音樂名稱counttime (sec,key,min); /計(jì)時(shí)函數(shù) 3*功能模塊關(guān)系圖 音名、頻率和分頻系數(shù)對照表 二、軟件設(shè)計(jì) 1、頂層模塊（module music()）（1）定義時(shí)鐘輸入、鍵盤輸入口；（2）定義聲響輸出口，定義位碼輸出口、數(shù)據(jù)輸出口和數(shù)碼管輸出口，；（3）調(diào)用函數(shù)，分別為以下幾個(gè)模塊：分頻模塊（對24mhz的信號進(jìn)行分頻）：fen

9、pin(clk,k,shift,clk_4hz,key,con,swt,sec,shiftout,shift_out);/分頻函數(shù)，對24mhz的信號進(jìn)行分頻簡譜、演奏模塊（要播放的音樂的簡譜、讓蜂鳴器發(fā)出聲音）：jianpu(clk_4hz,key,count_end,high,med,low,shiftout,shift_out);/要播放的音樂的簡譜yanzou(clk,buzzout,count_end,key);/讓蜂鳴器發(fā)出聲音閃爍模塊（讓簡譜上的數(shù)字在led小燈上顯示出來）：shanshuo (high,med,low,out,clk,cmd,sled_reg,sl_reg,mi

10、n,shiftout,shift_out)；/讓簡譜上的數(shù)字在led小燈上顯示出來顯示模塊（顯示音樂名稱）：xianshi(con,swt,x,y,key,shiftout);/顯示音樂名稱計(jì)時(shí)模塊（計(jì)時(shí)函數(shù)）counttime (sec,key,min); /計(jì)時(shí)函數(shù) 2、分頻模塊( fenpin();) *分頻函數(shù)，對24mhz的信號進(jìn)行分頻：（1）定義時(shí)鐘輸入和鍵盤輸出；（2）分頻4hz，按鍵延時(shí),行掃描計(jì)數(shù),顯示名稱的間隔時(shí)間；（3）從24mhz分頻出1hz(即周期為1s)信號,到0.5s后清零，取反1s信號；（4）按鍵去抖動(dòng)，按鍵計(jì)數(shù)。主要函數(shù)：always(posedge clk)

11、begin；if(count=25d3000000)/分頻4hz；if(count1=19d240000)/按鍵延時(shí)；if(count2=19d24000)/行掃描計(jì)數(shù)；if(count3=24d1*)/顯示名稱的間隔時(shí)間；endalways ( posedge clk) /從24mhz分頻出1hz(即周期為1s)信號always (posedge set) /按鍵去抖動(dòng);always(negedge key) /按鍵計(jì)數(shù)；endmodule 3、簡譜、演奏模塊（要播放的音樂的簡譜、讓蜂鳴器發(fā)出聲音） 以1/16音符為最小計(jì)數(shù)單元，而這個(gè)音符所占用的時(shí)間理論值為0.25s，所以我們在外部接入4

12、hz的時(shí)鐘信號給計(jì)數(shù)器，已滿足正常的音樂播放要求。*音樂播放器分頻模塊：分頻4hz信號。（1）由基準(zhǔn)時(shí)鐘分頻獲得4hz信號；（2）控制交流蜂鳴器發(fā)各種音譜聲；（3）key按鍵按下方可計(jì)數(shù)；（4）簡譜對應(yīng)高中低音及其數(shù)值；*音樂播放器控制模塊：控制音樂播放的音頻與順序。（1）分頻得到相應(yīng)簡譜的頻率；（2）樂曲演奏控制。注意：always(posedge clk)begincount=count+1;if(count=count_end & key=1)/計(jì)數(shù)到指定的數(shù)值并且允許播放的時(shí)候才能發(fā)聲begincount=0;buzzout=buzzout; /產(chǎn)生一個(gè)高低電平蜂鳴器發(fā)聲endend

13、4、閃爍模塊（音符顯示模塊）（shanshuo ();） *讓簡譜上的數(shù)字在led小燈上顯示出來，音樂名稱顯示模塊：在8*8點(diǎn)陣屏上顯示相應(yīng)歌曲的名字（漢語拼音或英文字母）。*音符顯示模塊：在1位靜態(tài)數(shù)碼管上顯示高（h）、中（z）、低（l）音調(diào)，并且利用8個(gè)小燈的亮滅來標(biāo)識相應(yīng)的音符（音符是幾就亮第幾盞小燈）主要函數(shù)：always (count11:10)begincase(count11:10)2h0:ledbuf=min3:0; /取秒的個(gè)位數(shù)據(jù)2h1:ledbuf=min7:4; /取秒的十位數(shù)據(jù)2h2:ledbuf=min11:8; /取分的個(gè)位數(shù)據(jù)2h3:ledbuf=min15:12; /取分的十位數(shù)據(jù)endcasecase(count11:10) /送對應(yīng)位的位碼 /掃描最高位endcaseendalways(ledbuf) /時(shí)間顯示begincase(ledbuf)endcase/ if(count11:10=2b10) & sec)/ sled_reg=sled_reg&8h7f; /小數(shù)點(diǎn)閃爍end 音符顯示模塊程序框圖： 5、顯示模塊（顯示音樂名稱）： xianshi(con,swt,x,y,key,shiftout);/顯示音樂名稱*音符顯示