1、 一、设计题目：乐曲硬件演奏电路的一、设计题目：乐曲硬件演奏电路的VHDLVHDL设计设计 二、设计目标：二、设计目标： 了解一般乐曲演奏电路设计设计方法,学习 VHDL 语言，熟悉 EDA 设计软件 QuartusII 和 MAX+plus，加强独立完成电子设计的能力。 （1）能够播放“梁祝”乐曲。 （2）能够通过 LED 显示音阶。 （3）（选作）具有“播放/停止”功能，并在此基础上实现“按键演奏”的电子 琴功能。 主芯片型号为 FLEX10K10LC84-4 三、实验电路的工作原理：三、实验电路的工作原理：( (演奏电路逻辑图演奏电路逻辑图) ) 组成乐曲的每个音符的发音频率值及其持续的
2、时间是乐曲能够连续演奏 所需的两个基本要素， 设计演奏电路的关键就是获得这两个要素所对应的数值以 及通过纯硬件的手段来利用这些数值实现所希望乐曲的演奏效果。 演奏电路逻辑图有三部分：音乐节拍和音调发生器、简谱码对应的分频预置数查 表电路、数控分频与演奏发生器。 演奏电路逻辑图： 四、设计内容：四、设计内容： 1.完成程序的编辑工作。 2.将音乐数据制作成 LMP_ROM 文件. 3.将程序加载到 MAX+plus中进行编译、仿真，并保存仿真结果。 4.到实验室进行下载验证。引脚进行锁定，然后下载到实验芯片中观察实验结果。 五、仿真结果：五、仿真结果： 1.1.音乐节拍和音调发生音乐节拍和音调发
3、生器（器（NoteTabs.VHDNoteTabs.VHD） notetabs 模块中设置了一个 8 位二进制计数器（计数最大值 138），作为音 符数据 ROM 的地址发生器。这个计数器的计数频率选为 4Hz，即每一个计数值的 停留时间为 0.25 秒，恰为当全音符设为 1 秒时，四四拍的 4 分音符持续时间。 随着 notetabs 模块中的计数器按 4Hz 的时钟速率作为加法计数时，即随地址值 递增时，音符数据 ROM 中的音符数据将从 ROM 中通过 ToneIndex30端口输向 ToneTaba 模块，“梁祝”乐曲就开始连续自然的演奏起来了。 Notetabs 模块仿真图： 2.2
4、.简谱码对应的分频预置数查表电路（简谱码对应的分频预置数查表电路（ToneTaba.VHDToneTaba.VHD） 音符的持续时间需根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定，tonetaba 模块的功能首先是为 speakera 提供决定所发音符的预置数，而此数在 speakera 输入口停留的时间即为此音符的节拍值。Tonetaba 模块是乐曲简码对应的分频 预置数查表电路。其中设置了“梁祝”乐曲全部音符所对应的分频预置数，共 13 个，每一音符的停留时间由音乐节拍和音调发生器模块 NoteTabs 的 clk 的输 入频率决定。这 13 个值的输出由对应于 ToneTaba 的 4 位输入
5、值 Index30确 定，而 Index30最多有 16 种可选值。输向 ToneTaba 中 Index30的值 ToneIndex30的输出值与持续时间有模块 notetabs 决定。 Tonetaba 仿真图： 4.4.数控分频与演奏发生器（数控分频与演奏发生器（Speakera.VHDSpeakera.VHD） 音符的频率可由次模块获得，这是一个数控分频器，由其 clk 端输入一个具有较 高频率的信号，通过 speakera 分频后由 spkout 输出，由于直接从数控分频器中 出来的输出信号是脉冲较窄的脉冲信号，为了有助于驱动扬声器，需另加一个 D 触发器以均衡其占空比，但这时的频率
6、是原来的 1/2。Speakera 对 clk 输入信号 的分频的预置数 Tone100与 spkout 的输出频率就有了对应关系。 Sperkera 模块仿真图： 5.5.梁祝梁祝music.vhd(music.vhd(音乐数据音乐数据):): 将数据保存为.mif 格式然后制作成 LMP_ROM 文件。 六、实验结果：（程序下载验证是否通过）六、实验结果：（程序下载验证是否通过） 试验成功！ 将设计出的演奏电路的程序经过编译（Compiler）后，选择 FLEX10K 系列中 EPF10K10LC84-4 作为目标器件（Assign/Device），并进行管脚锁定（Floorplan Editor）。器件编程(Programmer)，将编译生成的*.sof 文件下载到目标芯片。 观察到数码管 5 显示出演奏时的音乐简谱，发光二极管 D5 指示音调高低，同时 实验箱自带蜂鸣器（Speaker）奏出“梁祝”那凄美动人的旋律，实验成功。 七、总结：七、总结： 本次乐曲硬件演奏电路的 VHDL 设计主要采用数控分频原理来实现，在本次 EDA 课程
