FPGA硬件電子琴電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告

1、 FPGA實(shí)驗(yàn)報告 題目：硬件電子琴電路設(shè)計1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)利用數(shù)控分頻器設(shè)計硬件電子琴實(shí)驗(yàn)。2 實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容：主系統(tǒng)由3個模塊組成,頂層設(shè)計文件中包含三個功能模塊，Speakera.v 和ToneTaba.v ，NoteTabs.v 。模塊ToneTaba是音階發(fā)生器，當(dāng)8位發(fā)聲控制輸入Index中某一位為高電平時，則對應(yīng)某一音階的數(shù)值將從端口Tone輸出，作為獲得該音階的分頻預(yù)置值；同時由Code輸出對應(yīng)該音階簡譜的顯示數(shù)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(shù)控分頻器，它由一個初值可預(yù)置的加法計數(shù)器構(gòu)成，當(dāng)模塊Speakera由端口Ton

2、e獲得一個2進(jìn)制數(shù)后，將以此值為計數(shù)器的預(yù)置數(shù)，對端口Clk12MHZ輸入的頻率進(jìn)行分頻，之后由Spkout向揚(yáng)聲器輸出發(fā)聲。增加一個NoteTabs模塊用于產(chǎn)生節(jié)拍控制（Index數(shù)據(jù)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(shù)器的計數(shù)值來控制此真值表的輸出，而由此計數(shù)器的計數(shù)時鐘信號作為樂曲節(jié)拍控制信號，從而可以設(shè)計出一個純硬件的樂曲自動演奏電路。 圖1 硬件電子琴電路結(jié)構(gòu)3 實(shí)驗(yàn)步驟.1. 在QUARTUSII軟件下創(chuàng)建一工程，工程名為songer，芯片名為EP2C35F672C6；2. 輸入數(shù)控分頻器程序并命名為Speakera.v，保存與工程相

3、同的文件夾中。reg10:0Count11; reg Count2; reg SpkS;always(posedge Clk)begin if(Count411)beginmodule Speakera(Clk,Tone,SpkS); input Clk; input10:0 Tone; output SpkS; reg PreClk; reg FullSpkS; reg3:0 Count4; else beginCount11=Count11+11b1;FullSpkS=0; endend always(posedge FullSpkS)begin Count2=Count2; if(Cou

4、nt2=1b1) SpkS=1b1; else SpkS=1b0; endendmodulePreClk=1b0; Count4=11h7FF) begin Count11=Tone; FullSpkS=1b1; end else begin PreClk=1b1; Count4=1;end 其功能仿真波形和時序仿真波形分別如下:3. 輸入音階發(fā)生器程序并命名為ToneTaba.v，保存與工程相同的文件夾中。 always begin case(Index)4b0000 :begin Tone=11b11111111111;Code=4b0000;High=1b0;end/20474b0001

5、 :begin Tone=11b01100000101;Code=4b0001;High=1b0;end/7734b0010 :begin Tone=11b01110010000;Code=4b0010;High=1b0;end/912Module ToneTaba (Index,Code,High,Tone); input3:0 Index; output3:0 Code; output High; output10:0 Tone; reg3:0 Code=0; reg High=0; reg10:0 Tone=0; 4b1010 :begin Tone=11b11000000110;4b1

6、010 :begin Tone=11b11000000110;Code=4b0011;High=1b1;end/1542;4b1100 :begin Tone=11b11001010110;Code=4b0101;High=1b1;end/1622;4b1101 :begin Tone=11b11010000100;Code=4b0110;High=1b1;end/1668;4b1111 :begin Tone=11b11011000000;Code=4b0001;High=1b1;end/1728;endcase endendmodule 4b0011:beginTone=11b100000

7、01100;Code=4b0011;High=1b0;end/10364b0101 :begin Tone=11b10010101101;Code=4b0101;High=1b0;end/11974b0110 :begin Tone=11b10100001010;Code=4b0110;High=1b0;end/12904b0111 :begin Tone=11b10101011100;Code=4b0111;High=1b0;end/1372;4b1000 :begin Tone=11b10110000010;Code=4b0001;High=1b1;end/1410;4b1001 :beg

8、in Tone=11b10111001000;Code=4b0010;High=1b1;end/1480;4b1010 :begin Tone=11b11000000110;其功能仿真波形和時序仿真波形分別如下:4. 輸入27分頻程序并命名為div_27.v，保存與工程相同的文件夾中。begin if(count=3374999) begin count=0;Q2=Q2; end else count=count+1; endendmodule module div_27(Clk2,Q2);input Clk2;output Q2;reg Q2;reg32:0 count;always(pos

9、edge Clk2)5. 輸入50分頻程序并命名為div_50.v，保存與工程相同的文件夾中。 begin if(count=1) begin count=0;Q1=Q1;end else count=138) Counter=8b00000000;else Counter=Counter+8b1;endMusic u5( .address(Counter), .clock(Clk), .q(ToneIndex) ); endmodulemodule NoteTabs(reset,Clk,ToneIndex); input Clk,reset; output3:0 ToneIndex; reg

10、7:0 Counter;always(posedge Clk or negedge reset) beginif(!reset) Counter 11，則使PreClk，Count4賦值為1，否則使PreClk賦值為0，Count4加1，用第一個always模塊產(chǎn)生的PreClk上升沿做觸發(fā)條件，如果count1111h7FF，則使Count11賦值為Tone，F(xiàn)ullSpkS賦值為1，否則使Count11加1，F(xiàn)ullSpkS為0；第二個always模塊產(chǎn)生的FullSpks上升沿做觸發(fā)條件，每遇到一個上升沿讓count2翻轉(zhuǎn)一次，如果count2為1，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，否則不發(fā)。在分頻模塊中，用27MHz分頻產(chǎn)生占空比為50%的4Hz時鐘，在27MHz時鐘的上升沿觸發(fā)，如果count計數(shù)達(dá)到3374999，將count賦為0，并將Q2翻轉(zhuǎn)，否則繼續(xù)計數(shù)。用50MHZ的輸入頻率接入并進(jìn)行分頻得12.5MHz。在NoteTabs模塊中，用Clk上升沿或 reset下降沿做觸發(fā)條件，如果reset為0，則將計數(shù)器置0.當(dāng)計數(shù)到138時，Counter清0，否則繼續(xù)計數(shù)。調(diào)用Music模塊發(fā)音。（2）原理：用mif文件將梁祝樂曲的曲譜、節(jié)拍和音調(diào)存儲在內(nèi)存中，再結(jié)合程序