EDA课程设计乐曲硬件演奏电路的VHDL设计.docx
- 文档编号:26042923
- 上传时间:2023-06-17
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:444.94KB
EDA课程设计乐曲硬件演奏电路的VHDL设计.docx
《EDA课程设计乐曲硬件演奏电路的VHDL设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《EDA课程设计乐曲硬件演奏电路的VHDL设计.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
EDA课程设计乐曲硬件演奏电路的VHDL设计
EDA课程设计
题目:
乐曲硬件演奏电路的VHDL设计
一、设计题目:
乐曲硬件演奏电路的VHDL设计
二、设计目标:
1)能够播放“梁祝”乐曲。
2)能够通过LED显示音阶。
3)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。
三、设计原理:
1.音乐基础知识
一段简单乐谱由音调和节拍组成,音调表示一个音符唱多高的频率,节拍表示一个音符唱多长的时间。
音符的节拍我们可以举例来说明。
在一张乐谱中,我们经常会看到这样的表达式,如1=C
、1=G
……等等。
以
为例加以说明,它表示乐谱中以四分音符为节拍,每一小结有三拍。
比如:
图1
其中1、2为一拍,3、4、5为一拍,6为一拍共三拍。
1、2的时长为四分音符的一半,即为八分音符长,3、4的时长为八分音符的一半,即为十六分音符长,5的时长为四分音符的一半,即为八分音符长,6的时长为四分音符长。
那么一拍到底该唱多长呢?
一般说来,如果乐曲没有特殊说明,一拍的时长大约为400—500ms。
我们以一拍的时长为400ms为例,则当以四分音符为节拍时,四分音符的时长就为400ms,八分音符的时长就为200ms,十六分音符的时长就为100ms。
2.原理图框图:
图2.框图
3.原理图说明
音乐播放原理说明
音符的频率由数控分频器模块Speakera产生。
ToneTaba模块从NoteTabs模块中输入的音符数据,将对应的分频预置数据传送给Speakera模块,并将音符数据送到LED模块显示音阶。
NoteTabs模块中包含有一个音符数据ROM,里面存有歌曲“梁祝”的全部音调,在此模块中设置了一个8位二进制计数器,作为音符数据ROM的地址发生器。
这个计数器的计数频率为4Hz,即每一个数值的停留时间为0.25秒。
例如:
“梁祝”乐曲的第一个音符为“3”,此音在逻辑中停留了4个时钟节拍,即1秒钟时间,所对应的“3”音符分频预置数为1036,在Speakera的输入端停留了1秒。
随着NoTabs中计数器按4Hz的时钟速率作加法计数时,随着地址的递增,音符数据ROM中的音符数据将从ROM中通过输出端口输入到ToneTaba模块,“梁祝”歌曲就开始连续自然地演奏起来。
键盘演奏原理说明
在模块ToneTaba中设置有八个键盘输入端口,分别对应基音“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”和高音“1”八种音调。
当其中某个按键按下时,ToneTaba模块就将对应音符的分频预置数送到数控分频模块Speakera模块产生相应音调,同送将音符送到LED显示模块显示音节。
四、设计内容
1)取音调节拍模块NoteTabs
图5:
NoteTabs实体图
模块实体由时钟输入信号clk、实现暂停与播放功能的使能输入信号en和音符输出端toneindex组成。
时钟输入端clk接入4Hz信号,即0.25秒作为“梁祝”乐曲的基本时钟节拍。
NoteTabs模块设置有个计数器,作为地址计数器,用于从模块内部的music_rom中取音符数据。
NoteTabs模块仿真图如下:
图4
2)音频预置数及演奏按键模块ToneTaba
图5:
ToneTaba实体图
该模块的实体组成端口由音符数据输入端index、音乐演奏或音乐播放选择输入端口yanzhou_en、八个按键输入端口key_1~key_8、及音阶数据输出端口code、音符分频数据输出端口tone组成。
当端口yanzhou_en置‘1’时,进行按键音乐演奏功能,即将对应按键的的音阶的分频数据送至模块Speakera产生音调;当端口为‘0’时,进行音乐播放功能,即将NoteTabs模块输入的音符数据送至模块Speakera产生音调。
ToneTaba模块仿真图如下:
图6
3)数控分频模块Speakera
图7:
Speakera模块实体图
该模块由时钟输入信号端clk、分频数据输入端tone以及音调频率输出端spks组成。
其clk端输入较高的频率(12MHz),通过Speakera分频后由spks输出。
模块仿真图如下:
图8
4)软件流程图如下:
图9
五、仿真结果
1.原理图设计:
图10
2.仿真结果图
仿真图1:
音乐播放
图11
仿真图1说明:
音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘0’,音乐播放、暂停选择键play_pause置‘0’,选择音乐播放功能,其中code端口输出的音符可送入译码器模块显示音阶。
仿真图2:
音乐暂停
图12
仿真图2说明:
音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘0’,选择音乐播放功能。
当音乐播放、暂停输入端口play_pause置‘1’时,从图12与图11比较可知,其中的图12的音符6因为暂停而被延长,音乐播放被暂停,当play_pause重新置‘0’时,音乐开始继续播放。
仿真图3:
按键演奏音乐
图13
仿真图3说明:
音乐演奏或播放选择端yanzhou_en置‘1’,选择按键音乐演奏功能。
其中端口tone_1到tone_7对应‘1’至‘7’基音,端口tone_11对应高音‘1’。
通过按不同的按键,即可从端口spkout输出不同的频率,即对应不同的音调。
演奏的音阶通过端口code送入译码器即可演示音阶。
六、总结
本设计完整地实现了音乐的播放、按键演奏音乐、音乐播放与暂停功能,已基本符合课程设计的要求。
通过本次课程设计,更熟练了EDA软件的使用,学会了怎么制作LPM_ROM元器件,加深了对VHDL语言的理解,熟练了利用原理图设计电路的方法,体验到了将自己的创意付诸实践的乐趣。
七、附录
1、音调节拍模块NoteTabs(实现了音乐播放与暂停功能)
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitynotetabsis
port(en,clk:
instd_logic;--添加了使能端
toneindex:
outstd_logic_vector(3downto0));
end;
architecturebehavofnotetabsis
componentmusic_rom
port(
address:
instd_logic_vector(7downto0);
inclock:
instd_logic;
q:
outstd_logic_vector(3downto0));
endcomponent;
signalcounter:
std_logic_vector(7downto0);
begin
cnt8:
process(clk,counter,en)
begin
ifen='1'thencounter<=counter;--使能音乐播放与暂停
elsifcounter=138thencounter<="00000000";
elsifclk'eventandclk='1'thencounter<=counter+1;endif;
endprocess;
u1:
music_romportmap(address=>counter,q=>toneindex,inclock=>clk);
end;
2、音频预置数及演奏按键模块ToneTaba
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitytonetabais
port(index:
instd_logic_vector(3downto0);
code:
outstd_logic_vector(3downto0);
tone:
outstd_logic_vector(10downto0);
yanzhou_en:
instd_logic;--音乐演奏使能键
key_1,key_2,key_3,key_4,key_5,key_6,key_7,key_8:
instd_logic);
end;
architecturebehavoftonetabais
signalabc:
std_logic_vector(7downto0);
signaltemp:
std_logic;
begin
abc<=key_8&key_7&key_6&key_5&key_4&key_3&key_2&key_1;
process(index,abc,yanzhou_en)
begin
temp<='0';
ifyanzhou_en='1'thentemp<='1';endif;
iftemp='1'then
caseabcis--按键对应的基音表
when"00000001"=>tone<="01100000101";code<="0001";
when"00000010"=>tone<="01110010000";code<="0010";
when"00000100"=>tone<="10000001100";code<="0011";
when"00001000"=>tone<="10010101101";code<="0101";
when"00010000"=>tone<="10100001010";code<="0110";
when"00100000"=>tone<="10101011100";code<="0111";
when"01000000"=>tone<="10110000010";code<="0001";
when"10000000"=>tone<="10111001000";code<="0100";
whenothers=>null;
endcase;
else
caseindexis
when"0000"=>tone<="11111111111";code<="0000";--2047
when"0001"=>tone<="01100000101";code<="0001";--773
when"0010"=>tone<="01110010000";code<="0010";--912
when"0011"=>tone<="10000001100";code<="0011";--1036
when"0101"=>tone<="10010101101";code<="0101";--1197
when"0110"=>tone<="10100001010";code<="0110";--1290
when"0111"=>tone<="10101011100";code<="0111";--1372
when"1000"=>tone<="10110000010";code<="0001";--1410
when"1001"=>tone<="10111001000";code<="0010";--1480
when"1010"=>tone<="11000000110";code<="0011";--1542
when"1100"=>tone<="11001010110";code<="0101";--1622
when"1101"=>tone<="11010000100";code<="0110";--1668
when"1111"=>tone<="11011000000";code<="0001";--1728
whenothers=>null;
endcase;
endif;
endprocess;
end;
3、LED音阶显示:
从ToneTaba模块的输出端code[3..0]输入到译码器模块,即可实现LED显示音阶。
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYYMQIS
PORT(AIN4:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
DOUT7:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));
ENDENTITYYMQ;
ARCHITECTUREARTOFYMQIS
BEGIN
PROCESS(AIN4)IS
BEGIN
CASEAIN4IS
WHEN"0000"=>DOUT7<="0111111";
WHEN"0001"=>DOUT7<="0000110";
WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011";
WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111";
WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110";
WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101";
WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101";
WHEN"0111"=>DOUT7<="0000111";
WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111";
WHEN"1001"=>DOUT7<="1101111";
WHENOTHERS=>DOUT7<="0000000";
ENDCASE;
ENDPROCESS;
ENDARCHITECTUREART;
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- EDA 课程设计 乐曲 硬件 演奏 电路 VHDL 设计