北郵數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易電子琴

1、簡(jiǎn)易電子琴實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合設(shè)計(jì)： 程序編寫： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫：北京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 某人 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握較復(fù)雜邏輯的設(shè)計(jì)和調(diào)試。2.掌握用VHDL語言設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路。3.掌握ispLEVER軟件的使用方法。4.掌握ISP器件的使用。5.用途: 有電子琴的基本功能，可彈奏出簡(jiǎn)單的樂曲。二實(shí)驗(yàn)器材1.在系統(tǒng)可編程邏輯器件1032E2.示波器3.邏輯測(cè)試筆4.TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電子琴，有兩種模式，既可以音階彈奏，也可以自動(dòng)播放樂曲。要求音階彈奏的時(shí)候，可以彈奏高音低音一共14個(gè)不同音符，自動(dòng)播放樂曲的時(shí)候，要求可以按一定節(jié)奏自動(dòng)播放一首預(yù)存在系統(tǒng)中的樂曲。四實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理從試

2、驗(yàn)系統(tǒng)外部接入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，可以得到不同分頻的脈沖信號(hào)。當(dāng)這個(gè)分頻值設(shè)定為一定的數(shù)值時(shí)，就可以使試驗(yàn)系統(tǒng)的喇叭發(fā)出不同的音符，從而完成音階演奏。自動(dòng)演奏時(shí)，除了對(duì)外部時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到不同的音符外，還需要通過時(shí)鐘信號(hào)對(duì)節(jié)拍進(jìn)行控制，設(shè)置該音樂最短的音符為基本單位，一步一步往后執(zhí)行，根據(jù)某個(gè)音符的節(jié)拍數(shù)來確定執(zhí)行時(shí)間，從而可以按照節(jié)奏將一段音樂自動(dòng)演奏出來。五設(shè)計(jì)方案1.一共有14個(gè)琴鍵，表示中音的1-7到低音的1-7，按照電子琴的排列布局來安排琴鍵位置。2根據(jù)不同音符的頻率，用多模計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，得到特定的脈沖信號(hào)，為了使信號(hào)穩(wěn)定，需要對(duì)其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)得到2分頻信號(hào)再輸

3、出。3.綜合原理圖4.外部輸入50kHz的時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)下表用多模計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，得到分頻系數(shù)。低音部分音符 (C)1234567頻率(Hz)262294330349392440494模191170151143128114101高音部分音符 (C)1234567頻率(Hz)5205816586947818931000模96867672645650六程序?qū)崿F(xiàn)*實(shí)體部分*library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ;use ;entity Orgen is port ( moderm:in std_logic;-模式選擇，0為音階自演奏模式，

4、1為自動(dòng)播放模式 clk:in std_logic;-時(shí)鐘信號(hào) Index:in std_logic_vector(13 downto 0);-琴鍵選擇信號(hào)，1表示選擇摸個(gè)琴鍵，共有14個(gè)琴鍵，可以選擇14個(gè)音，分別是低音1-7和中音1-7 Code:out std_logic_vector(6 downto 0);-七段發(fā)光二極管編碼，用于顯示彈奏的音符 high:out std_logic;-如果是中音，小燈亮，反之不亮 tone0:inout integer range 0 to 2047;-分頻系數(shù) result:inout std_logic-輸出音頻信號(hào) );end Orgen;*

5、結(jié)構(gòu)體部分*architecture Orgen_Player of Orgen is-程序使用的是50kHz的時(shí)鐘信號(hào)begin Search:process(Index,clk,moderm)-Search進(jìn)程，根據(jù)琴鍵選擇信號(hào)得到不同的分頻系數(shù) variable step:integer range 0 to 2000; variable count2:integer range 0 to 2000;begin*音階演奏模式部分* if Moderm=0 then-手動(dòng)音階演奏模式 case Index is when 00000000000001= tone0=96;Code=0000

6、110;high tone0=85;Code=1011011;high tone0=76;Code=1001111;high tone0=72;Code=1100110;high tone0=64;Code=1101101;high tone0=57;Code=1111101;high tone0=51;Code=0000111;high tone0=48;Code=0000110;high tone0=43;Code=1011011;high tone0=38;Code=1001111;high tone0=0;Code=0000000;high=0;-根據(jù)不同的琴鍵信號(hào)，分配了不同的分頻系

7、數(shù)，為不同音名的發(fā)光二極管編碼，同時(shí)調(diào)整高低音顯示信號(hào) end case; end if; *自動(dòng)演奏部分* if (moderm=1) and (clkevent and clk=1) then-自動(dòng)演奏模式 -tone0=0;-從手動(dòng)音階模式切換到自動(dòng)演奏模式，首先將tone0變?yōu)?，防止影響 if count2 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0 tone0=57; step:=step+1;-step不同，表示樂曲演奏到不同的位置，賦予不同的分

8、頻系數(shù)，然后step+1 end case; end if; end if;end process;*發(fā)生進(jìn)程，控制喇叭發(fā)聲* Made_Code:process(clk)-發(fā)聲進(jìn)程，發(fā)出不同的音頻 variable count1:integer range 0 to 2000; begin if clkevent and clk=1 then if count1tone0 then count1:=count1+1;-事先查好每個(gè)音名的頻率，根據(jù)音頻系數(shù)進(jìn)行分頻，得到是正確頻率兩倍的音 else count1:=0; result=not result;-對(duì)得到的音頻再進(jìn)行2分頻，得到穩(wěn)定的

9、正確的音頻信號(hào) end if; end if; end process; end Orgen_Player;七基于QuartusII9.0的仿真實(shí)現(xiàn)1.仿真電路圖2.仿真波形圖八基于TEC-5試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果1.音階模式下，可以根據(jù)琴鍵的輸入演奏低音1-7和中音1-7一共14個(gè)音符。2.自動(dòng)演奏模式下，可以自動(dòng)演奏事先存入的一段音樂閃爍小星星的片段。3.演奏不同的音符時(shí)，數(shù)碼顯示管會(huì)顯示不同的音符，同時(shí)用一個(gè)信號(hào)等表示是中音還是低音。九實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題以及解決方法1.由于分頻信號(hào)采用tone0表示，當(dāng)模式在手動(dòng)音階演奏模式和自動(dòng)演奏模式之間切換時(shí)，由tone0的影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)演奏不成功

10、或者音階演奏出現(xiàn)雜音，這是一個(gè)相對(duì)比較難處理的問題。后來經(jīng)過多次嘗試，加了一個(gè)判斷的標(biāo)志位，當(dāng)在不同模式之間切換的時(shí)候，首先對(duì)原先的tone0清零，消除原先模式帶來的影響。最后取得了不錯(cuò)的切換效果。2.剛開始調(diào)試硬件的時(shí)候，琴鍵并不靈敏，有時(shí)候在高電平的時(shí)候發(fā)聲有時(shí)候卻在低電平的時(shí)候發(fā)聲，出現(xiàn)了很大的邏輯錯(cuò)誤。原先以為是程序的邏輯有問題，但是在Quartus上作了仿真卻沒有發(fā)現(xiàn)太大的問題。經(jīng)過討論，覺得是硬件的接觸問題，將邏輯輸入信號(hào)改由脈沖同步輸入，使輸入信號(hào)更加穩(wěn)定，使演奏信號(hào)穩(wěn)定下來。3.調(diào)試硬件的時(shí)候，演奏到中音的時(shí)候，小燈泡卻始終不亮，首先檢查了代碼，沒發(fā)現(xiàn)有太明顯的邏輯不合理現(xiàn)象。于是用邏輯筆去測(cè)試輸入輸出管腳的電平，發(fā)現(xiàn)無論什么時(shí)候管腳都是輸出低電平，可能是芯片內(nèi)部出了問題。于是我們重新固定好管腳，重新將程序燒入，終于使小燈泡在中音演奏的時(shí)候發(fā)光。十實(shí)驗(yàn)收獲與總結(jié)1.簡(jiǎn)易電子琴雖然看起來比較簡(jiǎn)單，但是要真正實(shí)現(xiàn)還是要花一番功夫，計(jì)算分頻系數(shù)，連線等都是細(xì)致的工作，這更加考驗(yàn)人的耐心和細(xì)心。2.由于數(shù)字邏輯這門課是在大二上學(xué)期開設(shè)的，已經(jīng)