電子琴的設計

1、硬件電子琴電路模塊設計一、實驗目的：學習利用數控分頻器設計硬件電子琴實驗。二、實驗原理：實驗用FPGA實現樂曲的播放原理： 分四步1、將待播放的梁祝音樂音符存入ROM2、以4HZ頻率讀取ROM3、根據1MHZ的內部時鐘要求，將讀出的音符換算成應計數的數值4、以1MHZ為內部時鐘，實現符合要求的方波信號。圖1 硬件電子琴電路結構主系統(tǒng)由五個模塊組成，songer.v是頂層設計文件，其內部有五個功能模塊（如圖1所示）：Speakera.v 和ToneTaba.v，NoteTabs.v，div_50_12M.v,div_50_4HZ.v。模塊ToneTaba是音階發(fā)生器，當8位發(fā)聲控制輸入Index

2、中某一位為高電平時，則對應某一音階的數值將從端口Tone輸出，作為獲得該音階的分頻預置值；同時由Code輸出對應該音階簡譜的顯示數碼，如5，并由High輸出指示音階高8度顯示。模塊Speakera中的主要電路是一個數控分頻器，它由一個初值可預置的加法計數器構成，當模塊Speakera由端口Tone獲得一個2進制數后，將以此值為計數器的預置數，對端口Clk12MHZ輸入的頻率進行分頻，之后由Spkout向揚聲器輸出發(fā)聲。增加一個NoteTabs模塊用于產生節(jié)拍控制（Index數據存留時間）和音階選擇信號，即在NoteTabs模塊放置一個樂曲曲譜真值表，由一個計數器的計數值來控制此真值表的輸出，而

3、由此計數器的計數時鐘信號作為樂曲節(jié)拍控制信號，從而可以設計出一個純硬件的樂曲自動演奏電路。div_50_12M.v是由于實驗板上，只有50MHZ有源晶振，故將用50MHZ進行分頻實現12.5MHZ的時鐘，在后續(xù)模塊Speakera.v中再分頻得到近似1MHZ時鐘。div_50_4HZ.v是用系統(tǒng)需要4HZ頻率讀ROM，于是用50MHZ，分頻得到4HZ頻率。三、實驗內容：1自己編寫12.5 MHZ和4HZ的分頻程序div_50_12M和div_50_4HZ。用CLOCK=50MHZ(PIN_N2)的輸入頻率接入并進行分頻得12.5MHz，此信號作為Speakera模塊的輸入頻率；用CLOCK=5

4、0MHZ的輸入頻率接入并進行分頻得4Hz，此信號作為NoteTabs模塊的輸入頻率。2Music模塊用ROM的IP CORE存放“梁?！睒非葑鄶祿?，編寫并加載.COE文件放置梁?！睒非葑鄶祿?編譯適配以上文件，給出仿真波形，最后進行下載和硬件測試實驗。4選擇LD5LD2發(fā)光管顯示Code3Code0表示琴音簡譜碼，發(fā)光管LD7顯示高8度，SPEAKOUT接蜂鳴器端口。工程分布：頂層模塊：songer.vmodule songer(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout);input clk_50M;/CLK=50MHZinput reset;output3:0

5、Code1;output High1,Spkout;wire10:0 Tone;wire3:0 ToneIndex;wire clk_4HZ,clk_12M;NoteTabs u0( .Clk(clk_4HZ),.ToneIndex(ToneIndex) );ToneTaba u1( .Index(ToneIndex),.Code(Code1),.High(High1),.Tone(Tone) );Speakera u2( .Clk(clk_12M),.Tone(Tone),.SpkS(Spkout) );div_50_12M u3(clk_50M,clk_12M,reset);div_50_

6、4HZ u4(clk_50M,clk_4HZ,reset);endmoduleNoteTabs模塊：module NoteTabs(Clk,ToneIndex);input Clk;output3:0 ToneIndex;reg7:0 Counter;always(posedge Clk ) beginif(Counter>=138) Counter<=8'b00000000;else Counter<=Counter+1'b1;endMusic u5( .address(Counter),.clock(Clk),.q(ToneIndex) );endmodu

7、leToneTaba模塊：module ToneTaba (Index,Code,High,Tone);input3:0 Index;output3:0 Code;output High;output10:0 Tone;reg3:0 Code;reg High;reg10:0 Tone;always (Index)begincase(Index)4'b0000 :begin Tone<=11'b11111111111;Code<=4'b0000;High<=1'b0;end/2047 4'b0001 :begin Tone<=11

8、'b01100000101;Code<=4'b0001;High<=1'b0;end/773 4'b0010 :begin Tone<=11'b01110010000;Code<=4'b0010;High<=1'b0;end/912 4'b0011 :begin Tone<=11'b10000001100;Code<=4'b0011;High<=1'b0;end/10364'b0101 :begin Tone<=11'b100101011

9、01;Code<=4'b0101;High<=1'b0;end/1197 4'b0110 :begin Tone<=11'b10100001010;Code<=4'b0110;High<=1'b0;end/1290 4'b0111 :begin Tone<=11'b10101011100;Code<=4'b0111;High<=1'b0;end/1372; 4'b1000 :begin Tone<=11'b10110000010;Code<

10、=4'b0001;High<=1'b1;end/1410; 4'b1001 :begin Tone<=11'b10111001000;Code<=4'b0010;High<=1'b1;end/1480; 4'b1010 :begin Tone<=11'b11000000110;Code<=4'b0011;High<=1'b1;end/1542; 4'b1100 :begin Tone<=11'b11001010110;Code<=4'b0

11、101;High<=1'b1;end/1622; 4'b1101 :begin Tone<=11'b11010000100;Code<=4'b0110;High<=1'b1;end/1668; 4'b1111 :begin Tone<=11'b11011000000;Code<=4'b0001;High<=1'b1;end/1728; default :begin Tone<=11'b11111111111;Code<=4'b0000;High<=

12、1'b0;end/2047 endcaseendendmoduleSpeskera模塊：module Speakera(Clk,Tone,SpkS);input Clk;input10:0 Tone;output SpkS;reg PreClk;reg FullSpkS;reg3:0 Count4;reg10:0Count11;reg Count2;reg SpkS;always(posedge Clk)beginif(Count4>11)beginPreClk<=1'b1;Count4<=1;endelse beginPreClk<=1'b0;

13、Count4<=Count4+1'b1;endendalways(posedge PreClk)beginif(Count11>=11'h7FF) beginCount11<=Tone;FullSpkS<=1'b1;endelse beginCount11<=Count11+1'b1; FullSpkS<=0;endendalways(posedge FullSpkS)begin Count2<=Count2;if(Count2=1'b1) SpkS<=1'b1; else SpkS<=1&#

14、39;b0;endendmodule兩個分頻模塊：IP核模塊：MEMORY_INITIALIZATION_RADIX = 10; MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 3 , 3 , 3 , 3, 5, 5, 5,6, 8, 8,8 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 12,12,12, 15,13 , 12 , 10 , 12, 9, 9, 9, 9, 9, 9, 9 , 0 , 9 , 9, 9, 10, 7, 7, 6, 6, 5 , 5 , 5 , 6, 8, 8, 9, 9, 3, 3,8 , 8 , 6 , 5, 6, 8, 5, 5, 5, 5, 5 ,

15、5 , 5 , 5, 10, 10, 10, 12, 7, 7, 9 , 9 , 6 , 8, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 3 , 5 , 3 , 3, 5, 6, 7, 9, 6, 6, 6 , 6 , 6 , 6, 5, 6, 8, 8, 8, 9, 12 ,12 ,12 ,10, 9, 9,10, 9,8, 8,6 , 5 , 3 , 3, 3, 3, 8,8, 8,8,6 , 8 ,6 , 5, 3, 5, 6,8, 5,5,5 ,5 , 5 ,5, 5,5,0, 0, 0;執(zhí)行綜合后的電路：引腳鎖定：四、思考題：1、電路上應該滿足哪些條件，才能用數字器件直接輸出的方波驅動揚聲器發(fā)聲？ 答：當電路輸出的頻率在揚聲器的工作范圍之內時，驅動電流能夠驅動揚聲器，才能用數字器件直接輸出的方波驅動揚聲器發(fā)聲。2、如果演奏其他樂曲，程序應做哪些方面的改動？程序應將coe文件改掉以及ToneTbaba和NoteTabs做相應改變，要將頻譜對應的中高低音對應的二進制改變。五、實驗過程代碼分析：1、在分頻模塊中用50M分頻產生50%的4HZ時鐘，先將count、clk_4HZ賦值為0一次，在50M始終上升沿觸發(fā)，如果