《EDA技术基础》设计Word格式文档下载.docx

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低音4

349

中音4

698

高音4

1397

低音5

392

中音5

784

高音5

1568

低音6

440

中音6

880

高音6

1760

低音7

494

中音7

988

高音7

1976

分频比预置数的计算：

分频比就是从6Mhz基准频率通过二分频得到的3Mhz频率基础上计算得到的。

对于乐曲中的休止符，只需将其分频系数设为0，将分频预置数设为16383即可。

例如：

低音3的频率为330hz，分频比为3M/330hz=3000000/330=9091,则其分频预置数为：

16383-9091=7292。

其他的音符对应的分频比和分频比预置数均按此法计算可得到。

依次计算出低、中、高3X7=21个音的预置数。

各音阶对应的预置数如下表：

预置数

4933

10647

13515

6179

11272

13830

7292

11831

14107

7787

12085

14236

8730

12556

14470

9565

12974

14678

10310

13347

14858

2、音长的控制：

音符的持续时间必须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。

本试验中，设定最短的音符为4分音符，若将全音符的持续时间设为1s的话，则需要提供一个4Hz的时钟频率即可产生4分音符的时间，每1/4个节拍的时间为0.25s，一个完整的节拍为1s。

以上即为音乐播放器的原理框图。

控制音调通过设置计数器的预置数来实现，预置不同的数可以使计数器产生不同频率的信号，从而产生不同的音调。

控制音长则是通过控制计数器预置数的停留时间来实现的，预置数停留的时间越长，则该音符演奏的时间越长。

每个音符的演奏时间都是0.25s的整数倍，对于节拍较长的音符，例如2分音符，占了2/4个节拍，在记谱的时候将其连续记录2次即可。

3、实验步骤：

1、分频产生6Mz的基准频率：

modulediv_clk6mhz（clk24m,clk6m）;

inputclk24m;

outputclk6m;

regclk6m;

regcnt;

always@（posedgeclk24m）

if（cnt<

1）cnt=cnt+1;

//（24m/6m=4分频,cnt<

[4/2-1=1]即可）

elsebegincnt=0;

clk6m=!

clk6m;

end

endmodule

由于此分频电路简单，就不在这里给出仿真波形了。

2、分频产生4hz的节拍控制频率：

modulediv_clk4hz（clk24m,clk4）;

outputclk4;

regclk4;

reg[21:

0]cnt;

2999999）cnt=cnt+1;

//（24m/4hz=6000000,cnt<

[6000000/2-1=2999999]）

clk4=!

clk4;

此分频电路也很简单，就不在这里给出仿真波形了。

3、乐曲产生模块：

核心模块就在这里，这里：

（1）首先罗列了低、中、高21个音的分频比预置数（还有休止符的预置数16383），通过6Mhz的基准频率，在其上升沿的时候，计数器累加，当计满到16383之后就取反speaker（speaker<

=~speaker非阻塞赋值），产生对应音符的频率，这里和单片机的定时计数器溢出中断差不多。

（2）产生了21个音调之后，我们要产生流畅的歌曲，还必须根据歌曲的谱子，调用相应音符并且根据节拍控制其持续的时间，例如：

若一个音持续4个1/4节拍，则在clk_4hz的上升沿，连续调用4次它的音符就可以了。

用counter来计数，计满了（何时计满取决于歌曲长度）就将counter返回为0,这样就可以实现循环演奏了。

代码如下：

modulesong（clk_6mhz,clk_4hz,speaker）;

inputclk_6mhz,clk_4hz;

outputspeaker;

reg[3:

0]high,med,low;

reg[13:

0]divider,origin;

reg[7:

0]counter;

regspeaker;

wirecarry;

assigncarry=（divider==16383）;

always@（posedgeclk_6mhz）

beginif（carry）divider<

=origin;

elsedivider<

=divider+1;

end

always@（posedgecarry）

beginspeaker<

=~speaker;

always@（posedgeclk_4hz）

begin

case（{high,med,low}）

'

b000000000001:

origin<

=4933;

b000000000010:

=6179;

b000000000011:

=7292;

b000000000100:

=7787;

b000000000101:

=8730;

b000000000110:

=9565;

b000000000111:

=10310;

b000000010000:

=10647;

b000000100000:

=11272;

b000000110000:

=11831;

b000001000000:

=12085;

b000001010000:

=12556;

b000001100000:

=12974;

b000001110000:

=13347;

b000100000000:

=13515;

b001000000000:

=13830;

b001100000000:

=14107;

b010000000000:

=14236;

b010100000000:

=14470;

b011000000000:

=14678;

b011100000000:

=14858;

b000000000000:

=16383;

endcase

begin

if（counter==113）counter<

=0;

elsecounter=counter+1;

case（counter）

0:

{high,med,low}<

='

b000000000101;

1:

//

2:

b000000000110;

3:

4:

5:

6:

b000100000000;

7:

8:

b000001110000;

9:

10:

{high,med,low}<

11:

12:

b000001010000;

13:

14:

b000001100000;

15:

16:

17:

18:

b001000000000;

19:

20:

21:

22:

23:

24:

25:

26:

b010100000000;

27:

28:

b001100000000;

29:

30:

31:

32:

33:

34:

b011000000000;

35:

36:

b010000000000;

37:

38:

39:

40:

41:

42:

43:

44:

45:

46:

47:

48:

49:

///////祝你生日快乐，完毕。

50:

b000000000011;

/////////梁祝，开始

51:

52:

53:

54:

55:

56:

57:

58:

b000000010000;

59:

60:

61:

b000000100000;

62:

63:

64:

65:

66:

67:

68:

69:

70:

71:

72:

b000000110000;

73:

74:

75:

76:

77:

78:

79:

80:

81:

82:

83:

84:

85:

86:

b000000000111;

87:

88:

89:

90:

91:

92:

93:

94:

95:

96:

97:

98:

99:

100:

101:

102:

103:

104:

105:

106:

107:

108:

109:

110:

111:

112:

113:

4、三个模块都完成之后，生成相应的电路原理图，并连接起来，组成一个完整的音乐播放器电路，如下：

5、完成以上步骤之后，分配引脚到试验箱上的芯片，连接好引脚到扬声器等，并且接好相应的短路帽。

然后烧写程序到芯片中去，测试音乐播放器是否可以产生预期已经谱好了曲子的歌曲。

经过硬件测试，能够产生《梁祝》和《祝你生日快乐》，在这里我只写了2首简单的歌曲。

4、实验分析

1、所有不同频率的信号都是从同一个基准频率分频得到。

由于音阶频率多为分整数，而分频比又不能为小数，故必须将计算得到的分频数四舍五入取整。

如果基准频率过低，则如果分频比太小，四舍五入取整后的误差较大。

若基准频率过高，虽然误差小，但分频数将会变大。

设计时，综合考虑，在尽量减小频率误差的前提下取合适的基准频率。

我在这里就选取了6Mhz的时钟频率。

2、由于最大分频预置数为16383（休止符），2的14次方=16384>

16383,故只需取14bit即可，14位的二进制计数器可满足要求。

分频比都是从6Mhz频率二分频得到3Mhz频率基础上计算得到。

3、如何分频得到想要的频率？

总结了下，如果想由已知频率得到N分频的频率，计数器count<

（N/2-1）为分界线，将要得到的频率在分界线处取反即可。

比如：

上面要从24Mhz得到4hz的频率，N=24000000/4=6000000,则cnt<

（6000000/2-1）即cnt<

2999999即可。

5、实验总结;

其实，音乐播放器用FPGA来实现是很简单的。

核心部分就是抓住了乐曲的两个要点：

音调的控制和音长的控制。

因此，涉及到两个频率，一个用来控制产生相应的音调，一个是用来控制该音调持续的时间（即节拍）。

我做的这个简易音乐播放器，硬件电路也很简单。

其实，可以做的完善和人性化一点，因为声音不只21个音，还有升半调#和降调b，可以加些按键控制，选中某一首歌曲播放。

或者还可以通过按键调整模式，可以有自己弹奏乐曲的模式，和音乐自动播放模式，两种模式进行切换。