1、樂曲自動演奏器一、 功能介紹使用FPGA設(shè)計一個樂曲自動演奏控制器，將源程序下載至FPGA器件中，實現(xiàn)樂曲自動演奏。（本設(shè)計的樂曲是友誼天長地久的部分音樂）樂曲演奏的原理是：由于組成樂曲的每個音符的頻率值（音調(diào)）及其持續(xù)時間（音長）是樂曲演奏的2個基本數(shù)據(jù)，因此需要控制輸出到揚聲器的激勵信號的頻率高低和該頻率信號持續(xù)的時間。頻率的高低決定了音調(diào)的高低，而樂曲的簡譜與各音名的頻率之間也有固定的對應(yīng)關(guān)系。所有不同頻率的信號都是從同一基準頻率分頻而得來的，由于音階頻率多為非整數(shù)，而分頻系數(shù)又不能為小數(shù)，故必須將計算的到的分頻數(shù)進行四舍五入取整，基準頻率和分頻系數(shù)應(yīng)綜合考慮加以選擇，從而保證音樂不會走

2、調(diào)。如在4MHz時鐘下，中音1（對應(yīng)的頻率值為523.3Hz）的分頻系數(shù)應(yīng)該為：4000000/(2*523.3)=0xd3821，這樣只需對系統(tǒng)時鐘進行3821次分頻即可得到所要的中音1。至于其他音符，同樣可求出對應(yīng)的分頻系數(shù)，這樣利用程序可以很輕松地得到對應(yīng)的樂聲。此外，在程序中設(shè)置了一個狀態(tài)機，每250ms改變一個狀態(tài)（即一個節(jié)拍），組成樂曲的每個音符的頻率值（音調(diào)）相對應(yīng)于狀態(tài)機的每一個狀態(tài)。只要讓狀態(tài)機的狀態(tài)按順序轉(zhuǎn)換，就可以自動播放音樂了。友誼天長地久樂譜見下表（注：N一拍；N兩拍；N四拍；N八拍；N為樂譜。由于芯片存儲容量太小，源程序只加入樂譜的一部分音符)友誼天長地久樂譜0 5

3、 | 1. 11 3 | 2. 12 3 | 1. 13 5 | 6. 6 | 5. 33 1 | 2. 12 3 | 1. 66 5 | 1. 6 | 5. 33 1 | 2. 12 6 | 5 . 33 5 | 6. 1 | 5. 33 1 | 2. 12 3 | 1. 66 5 | 1. 0¶簡譜中的音名與頻率的關(guān)系音名頻率/Hz分頻數(shù)低音539216d5102低音644016d4545中音1523.516d3821中音2587.316d3373中音3659.316d3033中音578416d2551高音588016d2273高音6176016d1913二、 硬件設(shè)計（電路圖、

4、原器件清單）實物元件清單：印刷電路板一個；電阻（10K的10個，200的8個，1K的14個，50的1個）；三極管3個；發(fā)光二極管（紅黃綠各三個）；蜂鳴器1個；8段顯示器2個；按鍵4個；4M晶振1個；電容（104的6個，10的1個）；電源線1個；芯片底座1個；電路圖：功率放大顯示部分：核心控制部分：三、 軟件設(shè)計（流程圖、源程序）流程圖一個完整的EDA設(shè)計流程既是自頂向下設(shè)計方法的具體實施途徑，也是EDA工具軟件本身的組成結(jié)構(gòu)。其大致的設(shè)計流程包括：設(shè)計輸入、綜合、適配、時序仿真和功能仿真、編程下載、硬件測試的步驟。對于目前流行的EDA工具軟件，圖1-1的設(shè)計流程具有一般性3。圖1-1 應(yīng)用FP

5、GA/CPLD的EDA開發(fā)設(shè)計流程框圖各部分源程序及說明module song(clk,beep); /模塊名稱song/I/O口說明input clk; /系統(tǒng)時鐘4MHzoutput beep; /蜂鳴器輸出端/內(nèi)部寄存器reg beep_r; /寄存器reg3:0 state; /樂譜狀態(tài)機reg15:0count,count_end;reg17:0count1;/參數(shù)-分頻系數(shù)parameter L_5=16'd5102, /低音5L_6=16'd4545, /低音6M_1=16'd3821, /中音1M_2=16'd3405, /中音2M_3=16&#

6、39;d3033, /中音3M_5=16'd2551, /中音5M_6=16'd2273, /中音6H_1=16 'h1913; /高音6parameter TIME=1000000; /控制每個音的長短（250ms）assign beep= beep_r; /輸出音樂/上升沿脈沖計數(shù)always(posedge clk)begincount<=count+1'b1; /計數(shù)器加1if(count=count_end)begincount<=16'h0; /計數(shù)器取0beep_r<=! beep_r; /輸出取反endend/上升沿脈沖

7、計數(shù)always(posedge clk)beginif(count1<TIME)count1= count1+1'b1;elsebegincount1=18'd0;if(state=4'd15)state= 4'd0;elsestate= state+1'b1;case(state)4'd0, 4'd1: count_end=L_5;4'd2, 4'd3, 4'd4, 4'd5, 4'd6, 4'd7, 4'd8 : count_end=M_1;4'd9, 4'

8、;d10: count_end=M_3;4'd11, 4'd12, 4'd13, 4'd14: count_end=M_2;4'd15: count_end=M_1;default:count_end=16'hffff;endcaseendendEndmodule引腳鎖定方法信號引腳beepPin-12clkPin-43四、 設(shè)計總結(jié)經(jīng)過我們一組人的共同努力，我們的課程設(shè)計完成。在此期間，我們收獲頗豐。首先這是既制作收音機后的又一次焊接印刷電路板的機會，利于提高我們的對器件的辨別、理解能力，還有自己的動手能力。焊好電路板后，我覺得挺麻煩的就是程序的調(diào)試。剛開始的調(diào)試是在實驗室的試驗箱上，一切運行正常，但轉(zhuǎn)到我們需要用的芯片上就不能出現(xiàn)我們想要的結(jié)果。后來又查資料，了解到芯片的時鐘的頻率不同，然后我們就開始轉(zhuǎn)換頻率再計算，同時把原來的程序根據(jù)要求的頻率進行修改，但還是不能顯示出流暢的音樂。最后，當我們想放棄這個設(shè)計換其他程序設(shè)計的時候，我們想起可能是蜂鳴器本身的問題。然后，我們找到以前制作收音機的喇叭，接上后效果還是挺明顯的，聽到音樂的那一刻確實挺有成功感。其次，也是對EDA這門課的深入理解與應(yīng)用。如果說剛開始我還不知道EDA是干嘛的，但現(xiàn)在我可以說寫一下簡單的程序，看懂一些復(fù)雜的程序，然后就是提高了對Quartu