基于Verilog多首樂曲選擇演奏電路設(shè)計

..基于verilog硬件樂曲演奏電路設(shè)計〔quartusII〕模塊可以實現(xiàn)4x4鍵盤掃描按鍵播放音樂，ROM中存四首歌曲，可以通過選擇播放。一、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計目的：利用數(shù)控分頻器設(shè)計硬件演奏電路。設(shè)計容：學(xué)習(xí)課本定制音符數(shù)據(jù)ROM"music〞。填入新的樂曲。爭取可以在一個ROM裝上多首歌曲，可手動或自動選擇歌曲。設(shè)計要求：用仿真波形和電路原理圖，詳細表達硬件電子琴的工作原理及其verilog文件中相關(guān)語句功能，表達硬件實現(xiàn)情況。二、總體框圖ROMROM"music〞音符控制輸出數(shù)控分頻器音符譯碼七段數(shù)碼管分頻器蜂鳴器LED燈ROM中的音樂數(shù)據(jù)文件剛可由編輯好的音符填入MIF文件中再定制LPM_ROM將音符數(shù)據(jù)加載入ROM中，并設(shè)計程序在運行時自動讀取ROM中的文件并置入數(shù)控分頻器中。當(dāng)采用四四拍曲子時，每節(jié)拍持續(xù)時間為0.5秒。置入數(shù)控分頻器的速度也應(yīng)與此同步或一致，防止音樂過快或過快慢而失真。我給出的C調(diào)音階頻率表，各頻率對應(yīng)的預(yù)置數(shù)就與數(shù)控分頻推動蜂鳴器發(fā)出聲音的頻率對應(yīng)。在編寫數(shù)控分頻器時，不僅要考慮預(yù)置數(shù)的輸入方式，還要考慮輸入的速度，以及驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲的頻率。為了在擴展能夠在ROM中同時存放多首歌曲，并可以手動選擇需要的歌曲，故可將ROM中分假設(shè)干段存放不同曲子。當(dāng)手動選擇歌曲時，可根據(jù)輸入的選擇信號，讀出ROM中對應(yīng)地址的曲子，并將ROM中的曲子完整的播放出來。為了顯示高、中、低三種音調(diào)，可在音符>>預(yù)置數(shù)的譯碼過程中，同時譯出高、中、低三種音階的信號，并利用三個LED燈輸出信號。同時，也可利用該譯碼模塊，將當(dāng)前演奏的音符簡譜表達出來。下面給出C調(diào)音節(jié)頻率表：音階頻率Hz音階頻率Hz音階頻率Hz1661.227830.617415.311479.986739.9963701318.525659.335329.631174.664587.334293.671108.733554.373277.19987.762493.882246.9488014401220三、功能模塊3.1音符數(shù)據(jù)地址發(fā)生器模塊T138T模塊T138T是一個10位二進制計數(shù)器，部計數(shù)最大值為500，作為音樂ROM地址發(fā)生器。這個計數(shù)器的計數(shù)頻率即為4HZ，即每一個數(shù)值停留時間為0.25秒?？梢酝ㄟ^選那么en的值00011011，選擇不同的歌曲。moduleT138T(clk,t,en);inputclk;input[1:0]en;output[9:0]t;reg[9:0]t;always(posedgeclk)begincase(en)0:beginif(t<=138)t=t+1;elset=0;end1:beginif(t>=139&&t<=263)t=t+1;elset=139;end2:beginif(t>=263&&t<=335)t=t+1;elset=263;end3:beginif(t>=335&&t<=439)t=t+1;elset=335;endendcaseendendmodule模塊圖：仿真圖：3.2分頻預(yù)置查表模塊F_CODE模塊F_CODE樂曲簡譜碼對應(yīng)的分頻預(yù)置數(shù)查表為SPKER提供所發(fā)音符的分頻預(yù)置數(shù)，分頻分頻預(yù)置數(shù)共14個，每一個音符的停留時間由音樂節(jié)拍和音調(diào)發(fā)生查表模塊MUSIC中簡碼和時鐘inclock的頻率決定，為4hz即0.25s一個上升沿到來就傳送一次數(shù)據(jù)。程序：modulef_code(inx,code,h,to);input[3:0]inx;outputh;output[3:0]code;output[10:0]to;reg[10:0]to;reg[3:0]code;regh;always(inx)begincase(inx)0:beginto<=11'H7FF;code<=0;h<=0;end1:beginto<=11'H305;code<=1;h<=0;end2:beginto<=11'H390;code<=2;h<=0;end3:beginto<=11'H40C;code<=3;h<=0;end4:beginto<=11'H45C;code<=4;h<=0;end5:beginto<=11'H4AD;code<=5;h<=0;end6:beginto<=11'H50A;code<=6;h<=0;end7:beginto<=11'H55C;code<=7;h<=0;end8:beginto<=11'H582;code<=1;h<=1;end9:beginto<=11'H5C8;code<=2;h<=1;end10:beginto<=11'H606;code<=3;h<=1;end11:beginto<=11'H640;code<=4;h<=1;end12:beginto<=11'H656;code<=5;h<=1;end13:beginto<=11'H684;code<=6;h<=1;end14:beginto<=11'H69A;code<=7;h<=1;end15:beginto<=11'H6C0;code<=1;h<=1;enddefault:beginto<=11'H6C0;code<=1;h<=1;endendcaseendendmodule模塊：仿真圖：3.3數(shù)控分頻器模塊SPKER工作時其CLK輸入一較高頻率〔1MHZ〕時鐘，通過ＳＰＫＥＲ分頻后，經(jīng)由Ｄ觸發(fā)器由ＳＰＫ＿ＫＸ輸出。由于直接從數(shù)空分頻器中出來的輸出信號是脈沖極窄的信號，為了有利于驅(qū)動揚聲器，加一個Ｄ觸發(fā)器分頻以均衡其占空比，但這時的頻率是原來的１／２.ＳＰＫＥＲ對輸入的ｔｎ［１０．．０］例如１１＇Ｈ４０Ｃ是１０３６與２０４７的間距為１０１１，每隔１０１１ＳＰＫ＿ＫＸ就為１，１出現(xiàn)的頻率就是３音符對應(yīng)的頻率，相應(yīng)的頻率越高對應(yīng)的數(shù)值就越高，就是離２０４７越近的分頻預(yù)置數(shù)。程序：modulespker(clk,tn,spks);inputclk;input[10:0]tn;outputspks;regspks;reg[10:0]t11;always(posedgeclk)begin:t11b_loadif(t11==11'h7FF)begint11=tn;spks<=1'b1;endelsebegint11=t11+1;spks<=1'b0;endendendmodule模塊：仿真圖：3.4音符數(shù)據(jù)模塊ＲＯＭMUSICDatamif文件：模塊圖：3.5鎖相環(huán)：利用鎖相環(huán)將２０ＭＨＺ分成１ＭＨＺ和２ＫＨＺ模塊圖：3.6分頻2khz分成4hz程序：modulefdiv(clk,pm);inputclk;outputpm;reg[8:0]q1;regfull;wirerst;always(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)beginq1<=0;full<=1;endelsebeginq1<=q1+1;full<=0;endendassignrst=(q1==499);assignpm=full;assigndout=q1;endmodule模塊圖：3.7分頻器此分頻為了給鍵盤掃描提供１０００ＨＺ的時鐘輸入程序：modulefenpin(clk20M,clk10);inputclk20M;outputregclk10;reg[20:0]q;always(posedgeclk20M)beginif(q==9999)beginq=21'd0;clk10=~clk10;endelseq=q+21'd1;endendmodule模塊：3.8鍵盤掃描模塊key通過４Ｘ４鍵盤輸入的數(shù)作為F_CODE的輸入信號從０到１５表示低音０１２３４５６７和高音１２３４５６７程序：modulekey(clk10,lie,hang,result);inputclk10;input[3:0]lie;outputreg[3:0]hang,result;reg[1:0]q;always(posedgeclk10)beginq=q+1;case(q)0:hang=4'b0111;1:hang=4'b1011;2:hang=4'b1101;3:hang=4'b1110;default:hang=4'b1111;endcasecase({hang,lie})8'b01110111:result=0;8'b01111011:result=1;8'b01111101:result=2;8'b01111110:result=3;8'b10110111:result=4;8'b10111011:result=5;8'b10111101:result=6;8'b10111110:result=7;8'b11010111:result=8;8'b11011011:result=9;8'b11011101:result=4'ha;8'b11011110:result=4'hb;8'b11100111:result=4'hc;8'b11101011:result=4'hd;8'b11101101:result=4'he;8'b11101110:result=4'hf;//default:result=0;endcaseendendmodule模塊：３．９二選一選擇器為了通過輸入信號的０或１來確定是播放音樂還是鍵盤播放模塊程序：modulemux21a(a,b,rst,y);input[3:0]a;input[3:0]b;inputrst;output[3:0]y;assigny=(rst"a:b);endmodule模塊圖：四頂層文件圖紙：五實驗總結(jié)：實驗過程中我們遇到了很多東西,在解決問題的同時我們也學(xué)到了很多東西。首先，我們更加熟悉QuartusⅡ軟件的使用，平時課堂上我們也使用過它，可是畢竟時間有限，了解只是片面的，例如我們在仿真波形的時候設(shè)置的endtime過長，結(jié)果導(dǎo)致等待時間過長。通過這次實訓(xùn)更加系統(tǒng)的應(yīng)用它，具體了解了它的功能以及具體的操作方法。其次對于理論知識運用到實踐中有了更深刻的理解，對于課本上的理論的知識平時只是通過教師的講解，沒有一個更深入的認知，正是通過實訓(xùn)很好地讓我們把平時學(xué)習(xí)的課本理論知識應(yīng)用到實踐中，這對于以后工作的鍛煉有很好的啟發(fā)作用。理論畢竟只是理論，它與實際總會有一定的差距。例如，我們這次的實訓(xùn)課題是音樂發(fā)生器，我們想到了運用平時的積累的知識大膽創(chuàng)新，鑒于此我們想到了將每首樂曲音符的高音、中音、低音分別通過三個數(shù)碼管顯示出來，同時讓流水燈跟隨著音樂的播放閃爍著，同時我們設(shè)想如果通過開關(guān)選擇控制，我們可以選擇播放不同的樂曲。最終形成了我們自己的方案——"跳動的音樂發(fā)生器〞！可是就在大家把程序調(diào)試完成之后下載到FPGA芯片中了之后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示并不是我們預(yù)想的那樣。大家馬上展開了討論，我們這使用的動態(tài)數(shù)碼管的顯示方式，結(jié)合到教師在課堂上的講解的知識，我們意識到，如果每次只想讓一個數(shù)碼管點亮，就應(yīng)該通過給其他的數(shù)碼管的位碼賦值使其不被點亮，這一點我們在設(shè)計程序的時候忽略了這個問題。對于不同的樂曲，我們小組的一個成員覺得網(wǎng)上找不到適宜的程序，他發(fā)費了一下午的時間通過上網(wǎng)查找資料編寫出了"兩只蝴蝶"的大局部樂曲。等到我們的作品根本完成之后，我們大家有了一個想法——用點陣顯示所播放樂曲的名稱，我們找到了教師說出了我們的想法，教師針對我們的想法給我了具體了方案，并且給出了具體參考容，我們根據(jù)教師的點撥設(shè)計出了顯示模塊。其實實訓(xùn)并不完全考察的理論知識的學(xué)習(xí)，同時它也考察了我們的綜合能力，包括自我學(xué)習(xí)的能力、與人交流溝通的能力、團隊協(xié)作精神……這些能力的鍛煉與培養(yǎng)對我們以后走向工作崗位是非常必要的。當(dāng)今社會競爭劇烈，特別是電子方面的開展真是日新月異，這就更需要我們有良好的團隊合作意識，有不畏困難困苦的鉆研精神，有開拓進取的創(chuàng)新的品質(zhì)，