eda乐曲演奏电路的设计.doc
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1、北 华 航 天 工 业 学 院课程设计报告(论文)设计课题: 乐曲演奏电路的设计 专业班级: 学生姓名: 指导教师: 设计时间 北华航天工业学院电子工程系 乐曲演奏电路的设计 课程设计任务书姓 名:专 业:班 级:指导教师:职 称:课程设计题目:乐曲演奏电路的设计已知技术参数和设计要求:通过本课程的学习使学生掌握可编程器件、EDA开发系统软件、硬件描述语言和电子线路设计与技能训练等各方面知识;提高工程实践能力;学会应用EDA技术解决一些简单的电子设计问题。设计一个乐曲演奏电路,由键盘输入控制音响,同时可自动演奏乐曲,演奏时可通过键盘选择已存入的乐曲(3种),扬声器利用试验箱上的。利用1位LED
2、显示器显示已存入的乐曲的种类。扩展功能:利用发光二极管显示高低音及音节的长短所需仪器设备:电脑 ,Quarters II 软件,实验硬件试验箱。成果验收形式:结果演示,老师提问的形式。参考文献:EDA技术与实验 EDA技术综合应用实例与分析 VHDL实用教程等时间安排在课设之前:第一天在图书馆查阅相关书籍,对设计的整体思路弄明白。第二天分析各个模块的作用及连接形式。第三天对各个模块运用VHDL语言进行编程。课设开始时:第四天将各个模块连接起来运行调试,结果演示、验收。指导教师:胡辉 内 容 摘 要在EDA开发工具Quartus II 6.0平台上,采用VHDL语言层次化和模块化的设计方法,通过
3、音符编码的设计思想,预先定制乐曲,实现动态显示乐曲演奏电路的设计,并在此基础上,基于同一原理,使此电路同时具备了简易电子琴的功能,使基于CPLD/FPGA芯片的乐曲播放数字电路得到了更好的优化,提高了设计的灵活性和可扩展性。关键字:EDA;Quartus II;VHDL;CPLD/FPGA;乐曲演奏电路;简易电子琴目 录一 概 述 1二 方案设计与论证2三 单元电路设计与参数计算2 四 总原理图14五 安装与调试14六 性能测试与分析14七 结论15八 心得体会15九 参考文献15 一、概述 (一)本实验的设计原理是不同的音名对应不同的频率,设计的难点是准确的产生各音名对应的频率。简谱音名与频
4、率的关系音名频率/Hz音名频率/Hz音名频率/Hz低音1261.63中音1523.25高音11046.5低音2293.67低音2587.33高音21174.66低音3329.63低音3659.25高音31318.51低音4349.23低音4698.46高音41396.92低音5391.99低音5783.99高音51567.98低音6440低音6880高音61760低音7493.88低音7987.76高音71975.52各音名所对应的频率可由一频率较高的基准频率进行整数分频得到,所以实际中产生各音名频率为近似的整数值。基准频率越高,近似程度越好,音准也越好,但同时分频系数会很大,耗费芯片资源也越
5、多。本实验选取fo=1MHZ的信号作为基准频率。分频系数A及n的公式如下:分频系数A=fo音名频率分频系数n=分频系数A2分频系数n=fo音名频率2以中音1为例来说明:由fo=1MHZ产生中音1的523.25Hz,其中分频系数A=1000000523.251911.13,取整数值为A=1911,此分频系数可由计数器实现。但若不加处理语句,其分频后的523Hz信号不是对称方波,而占空比很小的方波将很难使扬声器有效的发出声音。为了得到对称方波,可将分频系数A分解为:分频系数A=分频系数n2。即先进行分频系数n的分频,得到不对称方波,再2分频得到对称方波。以A=1911分解为例,A=19119562
6、。即先对fo=1MHZ进行956分频,得到9562Hz的不对称方波,然后再2分频得到523Hz的对称方波,送至扬声器可听到中音1的声音。(二)公用二进制计数器计数容量N的选取。 复位法:计数器由0加法计数至n-1,再复位为0。共n个状态。 置位法:由初值d计数记至最大值N-1,再置入初值d,(三)初值d的计算公共:初值d=N-分频系数例如:中音1的初始值d的计算公式: 中音1的初始值d=N-中音1的分频系数=2048-956=1092.二、方案设计与论证1 :将各个音名的频率准确的分频得到;2 :通过一个选择器,选通手动按音,或者自动乐曲发生;3 :通过编码器,对各个音名编码;4 :通过可编程
7、的分频器,得到各个音名的2倍的音名频率;5 :再2分频,得到对称的方波,即各个音名的频率;6 :通过驱动电路送至扬声器,播放乐曲。三、单元电路设计与参数计算根据(一)概述,可算得各个音名的分频系数和初始值。音名分频系数n初试值d音名分频系数n初试值d音名分频系数n初试值d中音11911137中音19561092高音14781570中音21703345中音28511197高音24261622中音31520528中音37581290高音33791669中音41432616中音47161332高音43581690中音51276781中音56381410高音53191729中音61136912中音65
8、681480高音62841764中音710121036中音75061542高音725317951、编码器。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity bianma is port(din:in std_logic_vector(3 downto 0);view:out std_logic_vector(2 downto 0);dout:out std_logic_vector(10 downto 0);end bianma;architecture made_bianma of bianma isbeginprocess(din)beginc
9、ase din is-gao_yin-when =doutdoutdoutdout=11010011010;viewdout=11010000101;viewdout=11001010110;viewdout=11000100010;viewdoutdoutdoutdout=10100110100;viewdout=10100001010;viewdout=10010101101;viewdout=10001000100;viewdoutdoutdoutdout=01001101000;viewdout=01000010000;viewdout=00101011001;viewdout=000
10、10001001;view doutdoutdoutdoutdoutdout=din1;end case;end process;end made_change; 3、分频器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin is port(din: in std_logic_vector(10 downto 0);clk: in std_logic;dout: out std_logic);end fenpin;architecture made of fenpin is
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