2010《EDA技术基础》【设计】实验总结报告模板及要求.doc

湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告EDA技术基础音乐播放器设计性实验2008112020346郭斌电子信息科学与技术物电学院0803班一、任务解析：以前用51单片机制作了一个可演奏的电子琴，学习了EDA技术之后，感觉FPGA与单片机有许多类似的地方。于是，启发我用FPGA做一个可随意演奏的音乐播放器。设计低、中、高21个音，几乎能够实现一般歌曲的演奏。要实现该功能，就必须考虑到一首歌曲的产生应该考虑的两个因素：音符的产生频率和音的节拍（即声音持续的时间）。只要控制输出到扬声器的激励信号频率的高低和持续的时间，就可以使扬声器发声产生优美的歌曲。2、 方案论证：1、 音调的控制：频率的高低决定了音调的高低。通过查阅资料，得到下面的音符名与频率的关系表：音符名频率/hz音符名频率/hz音符名频率/hz低音1262中音1523高音11046低音2294中音2587高音21175低音3330中音3659高音31318低音4349中音4698高音41397低音5392中音5784高音51568低音6440中音6880高音61760低音7494中音7988高音71976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：音符名预置数音符名预置数音符名预置数低音14933中音110647高音113515低音26179中音211272高音213830低音37292中音311831高音314107低音47787中音412085高音414236低音58730中音512556高音514470低音69565中音612974高音614678低音710310中音713347高音7148582、 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：module div_clk6mhz(clk24m,clk6m);input clk24m;output clk6m;reg clk6m;reg cnt;always (posedge clk24m)if(cnt1)cnt=cnt+1; /（24m/6m=4分频,cnt4/2-1=1即可）else begin cnt=0;clk6m=!clk6m;endendmodule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：module div_clk4hz(clk24m,clk4);input clk24m;output clk4;reg clk4;reg 21:0cnt;always (posedge clk24m)if(cnt2999999)cnt=cnt+1;/(24m/4hz=6000000,cnt6000000/2-1=2999999）else begin cnt=0;clk4=!clk4;endendmodule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：module song(clk_6mhz,clk_4hz,speaker);input clk_6mhz,clk_4hz;output speaker;reg 3:0high,med,low;reg 13:0divider,origin;reg 7:0counter;reg speaker;wire carry;assign carry=(divider=16383);always (posedge clk_6mhz)begin if(carry)divider=origin; else divider=divider+1;endalways (posedge carry)begin speaker=speaker;endalways (posedge clk_4hz)begin case(high,med,low)b000000000001:origin=4933;b000000000010:origin=6179;b000000000011:origin=7292;b000000000100:origin=7787;b000000000101:origin=8730;b000000000110:origin=9565;b000000000111:origin=10310;b000000010000:origin=10647;b000000100000:origin=11272;b000000110000:origin=11831;b000001000000:origin=12085;b000001010000:origin=12556;b000001100000:origin=12974;b000001110000:origin=13347;b000100000000:origin=13515;b001000000000:origin=13830;b001100000000:origin=14107;b010000000000:origin=14236;b010100000000:origin=14470;b011000000000:origin=14678;b011100000000:origin=14858;b000000000000:origin=16383;endcaseendalways (posedge clk_4hz)beginif(counter=113)counter=0;else counter=counter+1;case(counter)0: high,med,low=b000000000101;1: high,med,low=b000000000101;/2: high,med,low=b000000000110;3: high,med,low=b000000000110;/4: high,med,low=b000000000101;5: high,med,low=b000000000101;/6: high,med,low=b000100000000;7: high,med,low=b000100000000;/8: high,med,low=b000001110000;9: high,med,low=b000001110000;10:high,med,low=b000001110000;11:high,med,low=b000001110000;/12:high,med,low=b000001010000;13:high,med,low=b000001010000;/14:high,med,low=b000001100000;15:high,med,low=b000001100000;/16:high,med,low=b000001010000;17:high,med,low=b000001010000;/18:high,med,low=b001000000000;19:high,med,low=b001000000000;/20:high,med,low=b000100000000;21:high,med,low=b000100000000;22:high,med,low=b000100000000;23:high,med,low=b000100000000;/24:high,med,low=b000001010000;25:high,med,low=b000001010000;/26:high,med,low=b010100000000;27:high,med,low=b010100000000;/28:high,med,low=b001100000000;29:high,med,low=b001100000000;/30:high,med,low=b000100000000;31:high,med,low=b000100000000;/32:high,med,low=b000001110000;33:high,med,low=b000001110000;/34:high,med,low=b011000000000;35:high,med,low=b011000000000;/36:high,med,low=b010000000000;37:high,med,low=b010000000000;/38:high,med,low=b001100000000;39:high,med,low=b001100000000;/40:high,med,low=b000100000000;41:high,med,low=b000100000000;/42:high,med,low=b001000000000;43:high,med,low=b001000000000;/44:high,med,low=b000100000000;45:high,med,low=b000100000000;46:high,med,low=b000100000000;47:high,med,low=b000100000000;48:high,med,low=b000100000000;49:high,med,low=b000100000000;/祝你生日快乐，完毕。50: high,med,low=b000000000011;/梁祝，开始51: high,med,low=b000000000011;52: high,med,low=b000000000011;53: high,med,low=b000000000011;54: high,med,low=b000000000101;55: high,med,low=b000000000101;56: high,med,low=b000000000101;57: high,med,low=b000000000110;58: high,med,low=b000000010000;59: high,med,low=b000000010000;60:high,med,low=b000000010000;61:high,med,low=b000000100000;62:high,med,low=b000000000110;63:high,med,low=b000000010000;64:high,med,low=b000000000101;65:high,med,low=b000000000101;66:high,med,low=b000001010000;67:high,med,low=b000001010000;68:high,med,low=b000001010000;69:high,med,low=b000100000000;70:high,med,low=b000001100000;71:high,med,low=b000001010000;72:high,med,low=b000000110000;73:high,med,low=b000001010000;74:high,med,low=b000000100000;75:high,med,low=b000000100000;76:high,med,low=b000000100000;77:high,med,low=b000000100000;78:high,med,low=b000000100000;79:high,med,low=b000000100000;80:high,med,low=b000000100000;81:high,med,low=b000000100000;82:high,med,low=b000000100000;83:high,med,low=b000000100000;84:high,med,low=b000000100000;85:high,med,low=b000000110000;86:high,med,low=b000000000111;87:high,med,low=b000000000111;88:high,med,low=b000000000110;89:high,med,low=b000000000110;90:high,med,low=b000000000101;91:high,med,low=b000000000101;92:high,med,low=b000000000101;93:high,med,low=b000000000110;94:high,med,low=b000000010000;95:high,med,low=b000000010000;96:high,med,low=b000000100000;97:high,med,low=b000000100000;98:high,med,low=b000000000011;99:high,med,low=b000000000011;100:high,med,low=b000000010000;101:high,med,low=b000000010000;102:high,med,low=b000000000110;103:high,med,low=b000000000101;104:high,med,low=b000000000110;105:high,med,low=