FPGA报告实验4

西南科技大学实验报告课程名称基于FPGA的现代数字系统设计实验名称硬件电子琴电路设计姓名学号班级通信1301指导教师刘桂华西南科技大学信息工程学院制2硬件电子琴电路设计实验原理一、实验目的学习利用数控分频器设计硬件电子琴实验。二、原理说明主系统由3个模块组成，例1是顶层设计文件，其内部有三个功能模块（如图1所示）SPEAKERAV例4和TONETABAV例3，NOTETABSV例2。模块TONETABA是音阶发生器，当8位发声控制输入INDEX中某一位为高电平时，则对应某一音阶的数值将从端口TONE输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由CODE输出对应该音阶简谱的显示数码，如5，并由HIGH输出指示音阶高8度显示。模块SPEAKERA中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块SPEAKERA由端口TONE获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口CLK12MHZ输入的频率进行分频，之后由SPKOUT向扬声器输出发声。增加一个NOTETABS模块用于产生节拍控制（INDEX数据存留时间）和音阶选择信号，即在NOTETABS模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。图1硬件电子琴电路结构二、实验步骤1、构建一个工程名为SONGER的工程2、分别输入TONETABAV、SPEAKERAV、的VERILOGHDL文本，进行综合和功能仿真，理解、验证模块功能。3（1）创建音节发生器TONETABAV模块MODULETONETABAINDEX,CODE,HIGH,TONEINPUT30INDEXOUTPUT30CODEOUTPUTHIGHOUTPUT100TONEREG30CODEREGHIGHREG100TONEALWAYSINDEXBEGINCASEINDEX4B0000BEGINTONE11BEGINPRECLK11H7FFBEGINCOUNT11138COUNTER8B00000000ELSECOUNTERCOUNTER1B1END13MUSICU5ADDRCOUNTER,CLKCLK,DOUTTONEINDEXENDMODULE对该模块进行综合，输入激励文件进行功能仿真，得到波形如下5、创建顶层文件14MODULESONGERCLK_50M,RESET,CODE1,HIGH1,SPKOUTINPUTCLK_50M/CLK50MHZINPUTRESETOUTPUT30CODE1OUTPUTHIGH1,SPKOUTWIRE100TONEWIRE30TONEINDEXWIRECLK_4HZ,CLK_12MNOTETABSU0CLKCLK_4HZ,TONEINDEXTONEINDEXTONETABAU1INDEXTONEINDEX,CODECODE1,HIGHHIGH1,TONETONESPEAKERAU2CLKCLK_12M,TONETONE,15SPKSSPKOUTDIV_50_12MU3CLK_50M,CLK_12M,RESETDIV_50_4HZU4CLK_50M,CLK_4HZ,RESETENDMODULE对顶层文件进行综合6、引脚锁定7、下载到实验板上进行验证三、实验结果及分析1、对TONETABS模块波形进行分析16如图所示，根据音节发生器功能真值表，当发声控制输入INDEX为某一音符对应的值时，则对应某一音阶的数值将从端口TONE输出，同时由CODE输出对应该音阶简谱的显示数码，并由HIGH输出指示音阶高8度显示。如INDEX为4H1时，TONE输出11H305,CODE为4H1。显然与真值表相同，其他同样可验证的。2、对50M转12M的波形分析有图可知，CLK_50M进过4个周期后，CLK_12进过一个周期，即为CLK_12的频率为CLK_50的1/4，显然达到了分频要求。四、实验思考题解答实验指导书要求的思考题1、电路上应该满足哪些条件，才能用数字器件直接输出的方波驱动扬声器发声（1）输出的频率在扬声器的工作范围之内（扬声器的工作频率范围一般是能听见的声波）；17（2）驱动电流能够驱动扬声器。2、如果演奏其他乐曲，程序应做哪些方面的改动需要改动IP核中载入的CEF文件。五、体会1、这次实验，通过对原理的认知学习，对各电子琴模块的设计与认识，我基本掌握了电子琴的设计原理，同时也学会了如何对时钟脉冲进行分频与控制，进而得到想要的脉冲频率，如何创建与编写TEXTFIX