一、 设计任务及要求:
利用EDA/SOPC实验开发平台提供的16＊16点阵LED以及EP2C35核心板，实现“梁祝”乐曲发生器。
1、查阅相关资料，明确设计步骤；
2、采用Verilog HDL编程语言设计程序；
3、能够按照设定节拍（每拍持续1s）顺畅的播放“梁祝"乐曲并且听着基本无错;
4、 扩张要求：自主设计（如快放、倒放、换歌等）。
二、 设计原理及方案
乐曲播放器的基本原理是，一个音符对应一个频率信号.频率的高低决定了音调的高低.音乐的十二个平均率规定:每两个八度音之间的频率相差一倍.在两个八度音之间又可以分为十二
个半音,每两个半音的频率比为2。另外,音名A(简谱中的低音6）的频率为440HZ，音名B到C之间、E到F之间为半音,其余为全音.由此可以计算出简谱中从低音1至高音1之间每个音名对应的频率，；利用高低音如下关系可得下表：
低8度音：基本音频率/2 ， 例如低音1的频率为523/2=261。5；
高8度音：基本音频率×2，例如高音1的频率为523×2=1046
音符与频率的对应关系如下
音名 | 频率（Hz） | 音名 | 频率(Hz） | 音名 | 频率（Hz） |
低音1 | 261。5 | 中音1 | 523 | 高音1 | 1046 |
低音2 | 293。5 | 中音2 | 587 | 高音2 | 1174 |
低音3 | 329.5 | 中音3 | 659 | 高音3 | 1318 |
低音4 | 349 | 中音4 | 698 | 高音4 | 1396 |
低音5 | 392 | 中音5 | 784 | 高音5 | 1568 |
低音6 | the weepies440 | 中音6 | 880 | 高音6 | 1760 |
听妈妈讲那过去的事低音7 | 499 | 中音7 | 998 | 高音7 | 1996 |
各音阶频率对应的分频比及预置数
音名 | 分频比 | 预置数 | 音名 | 分频比 | 预置数 | 音名 | 分频比 | 预置数 |
低音1 | 1912 | 135 | 中音1 | 956 | 1091 | 高音1 | 478 | 1569 |
低音2 | 1704 | 343 | 中音2 | 852 | 1195 | 高音2 | 426 | 1621 |
低音3 | 1517 | 530 | 中音3 | 759 | 1288 | 高音3 | 379 | 1668 |
低音4 | 1433 | 614 | 中音4 | 716 | 1331 | 高音4 | 358 | 1689 |
低音5 | 1276 | 771 | 中音5 | 638 | 1409 | 高音5 | 319关之琳与高尔夫球 | 1728 |
低音6 | 1136 | 911 | 中音6 | 568 | 1479 | 高音6 | 284 | 1763 |
低音7 | 1002 | 1045 | 中音7 | 501 | 中国好声音盲人歌手张玉霞1546 | 高音7 | 250 | 1797 |
对于乐曲中的休止符,只要将分频系数设为0，即初始值为1047，此时扬声器不发音。
从上表中可以看出，最大分频系数为1912，所以采用11位二进制计数器分频可满足需要。对于不同的分频系数，只要加载不同的预置数即可.采用加载预置数实现分频的方法比采用
反馈复零法节约资源，实现起来也容易一些。
音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定.本设计中将全音的持续时间设为1s，提供的4Hz的时钟频率即可产生四分音符的时长。控制音长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也就越长.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，如二分音符,在记谱时将该音名联系记录两次即可。对照以上规则可编制乐谱的程序.
为了减小输出的偶次谐波分量，最后输出到扬声器上的波形应为对称方波，因此在扬声器之前有一个二分频的分频器.
为了使演奏能循环进行,需另外设置一个时长计数器,当乐曲演奏完成时，保证能自动从头开始演奏！
综上所述编制“梁祝”乐曲发生器需要编制分频器、11为计数器、乐谱等部分，综合以上各功能即可实现乐曲发生器.
三、 电路设计与实现
电路原理图如下:
1、外部输入脉冲信号时钟源(50Mhz）经分频器输出4Hz、1Mhz的脉冲信号，分别供控制器和受控器使用。
2、控制器根据乐曲的节拍产生受控器所需要的预置值,乐曲的一拍持续1s。
3、受控器在1MHz时钟信号的控制下从11位预置值开始做加1计数。输出并进行二分频将输出信号分频。
4、管脚对应表
信号名称 | 对应FPGA管脚名 | 说明 |
50MHz | L1 | 基准时钟 |
OU | H14 | 扩张接口 JP3-80 |
程序实现如下：
module song （clk,speaker)；
input clk；
output speaker；
reg[3：0] high，med，low；
reg[10:0] divider，origin；
reg［7:0］ counter；
reg speaker；
reg[5：0］ count1；
reg[23：0］ count2；
reg clk_1mhz,clk_4hz;
wire carry;
always＠（posedge clk)//分频器设计1
begin
if(count1<=49)
begin
count1<=count1+1；
clk_1mhz〈=0;
end
else
begin
count1<=0；
clk_1mhz〈=1；
end
end
陈小霞作曲的歌always＠(posedge clk）//分频器设计2
begin
if（count2〈=12499999）
begin
count2〈=count2+1;
clk_4hz〈=0；
end
else
begin
count2<=0；
clk_4hz〈=1;
end
end
assign carry=（divider==2047)；
always＠（posedge clk_1mhz)
begin if(carry) divider=origin;
else divider=divider+1；
end
always@（posedge carry）
begin
speaker=～speaker；//2分频产生方波信号
end
always@（posedge clk_4hz)
begin
case(｛high，med,low})//分频比预置
过新年儿歌
'b000000000000:origin=2047；
’b000000000001：origin=135；
’b000000000010:origin=343;
'b000000000011：origin=530；
'b000000000100：origin=614;
'b000000000101：origin=771；
’b000000000110:origin=911；
’b000000000111:origin=1045；
'b000000010000:origin=1091；
’b000000100000：origin=1195;
’b000000110000：origin=1288；
’b000001000000：origin=1331；
’b000001010000:origin=1409;
'b000001100000：origin=1479；
’b000001110000：origin=1546；
’b000100000000：origin=1569；
’b001000000000：origin=1621；
’b001100000000：origin=1668；
b010*********：origin=1689；
b010*********：origin=1728；
'b011000000000:origin=1763；
’b011100000000：origin=1797;
endcase
end
always ＠(posedge clk_4hz）
begin
if(counter==214) counter〈=0； //计时，以实现循环演奏
else counter〈=counter+1；
case（counter) //记谱
0: ｛high,med，low}〈='b000000000000；//休止符
1: ｛high，med,low}〈='b000000000000;
2： {high,med,low｝<='b000001110000；//中音7
3: {high，med,low｝〈=’b000001110000；
4： ｛high，med，low｝〈=’b000001100000;//中音6
5： ｛high,med，low｝〈='b000001100000;
6： ｛high，med，low}<='b000001110000；//中音7
7： ｛high,med，low｝〈=’b000001110000；
8: ｛high，med，low}<=’b000001010000；//中音5，持续3个时钟节拍
9 : {high，med，low}〈=’b000001010000；
10： ｛high，med，low｝〈=’b000001010000；
11： ｛high，med，low}<=’b000001100000；//中音6
12： {high,med，low}〈=’b000001000000；//中音4
13： ｛high，med,low｝<=’b000001000000；
14： {high，med，low｝<='b000000110000；//中音3
15: ｛high,med，low}〈=’b000000110000；
16: {high,med，low｝〈=’b000000100000；//中音2
17： ｛high，med，low｝〈=’b000000110000；//中音3
18： ｛high，med,low}<=’b000001000000；//中音4
19： ｛high,med，low｝〈='b000000110000;//中音3
20： ｛high,med,low}<=’b000001010000;//中音5
21： {high，med，low}<=’b000001010000；
22: {high，med，low}〈='b000001010000;
23： {high，med，low｝〈=’b000000110000;//中音3
24： ｛high，med,low｝〈='b000000100000;
25: ｛high,med,low｝〈=’b000000110000；
26: ｛high,med,low}〈=’b000001010000；
27: ｛high,med，low}<='b000000100000;
发布评论