cold音乐播放器综合项目实践报告

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1、常州信息职业技术学院可编程逻辑器件开发应用综合项目设计报告2015 2016 学年 第 二 学期项目： 音乐播放器的设计与实现班级： 计 应 142 学号： 1408143209姓名： 顾 杉授课教师： 聂章龙制定日期： 2015 年 06 月 24 日1一、总体设计（项目总体分析）1、基本功能基于 Verilog HDL 的音乐播放器系统是以 ALTERA 公司的 MAX系列芯片 EPM1270T144C5 为主控单元，根据音乐发生的原理,将复杂可编程逻辑器件作为发生音乐的核心器件,用高速集成电路硬件描述语言 Verilog HDL 编程控制音乐发生的乐谱,配合周边硬件电路,由蜂鸣器发声器件

2、发出音乐声,实验表明,采用该方法设计的音乐发生器成本低、修改方便。基 于 Verilog HDL 的 音 乐 播 放 器 实 现 的 功 能 主 要 有 在 4 位 动 态 数 码 管 上 显 示 音乐 播 放 的 时 间 ， 在 8*8 点 阵 屏 上 显 示 相 应 歌 曲 的 名 字 （ 汉 语 拼 音 或 英 文 字 母 ） ， 在1 位 静 态 数 码 管 上 显 示 高 （ H） 、 中 （ Z） 、 低 （ L） 音 调 ， 并 且 利 用 8 个 小 灯 的 亮 灭来 标 识 相 应 的 音 符 （ 音 符 是 几 就 亮 第 几 盏 小 灯 ） ， 通 过 开 始 /暂 停

3、按 键 控 制 音 乐 的 开始 、 暂 停 ， 通 过 乐 曲 选 择 按 键 控 制 音 乐 的 选 择 ， 选 择 时 单 个 数 码 管 上 显 示 歌 曲 编 号 ，如 选 择 “兰 花 草 ”时 ， 显 示 0。交 流 蜂 鸣 器 为 了 增 加 I/O口 的 驱 动 能 力 采 用 了 NPN型 晶 体 管 ， 这 样 只 要 在 基 极BUZZ上 输 入 一 定 频 率 的 脉 冲 ， 蜂 鸣 器 BUZZ就 会 发 出 悦 耳 的 音 乐 。 乐 曲 演 奏 的 原 理 是这 样 的 ： 组 成 乐 曲 的 每 个 音 符 的 频 率 值 （ 音 调 ） 及 其 持 续 时

4、间 （ 音 长 ） 是 乐 曲 演 奏的 两 个 基 本 数 据 。所 以 只 要 控 制 输 出 到 扬 声 器 信 号 的 频 率 高 低 和 该 频 率 信 号 持 续 的 时 间 就 可 以 演 奏出 不 同 的 音 乐 ， 频 率 的 高 低 决 定 了 音 调 的 高 低 ， 而 乐 曲 的 简 谱 与 各 个 音 名 有 各 自 的对 应 关 系 ， 所 有 不 同 频 率 的 信 号 都 是 从 同 一 个 基 准 频 率 分 频 得 到 的 ， 由 于 音 阶 频 率多 为 非 整 数 ， 而 分 频 系 数 又 不 能 为 小 数 ， 所 以 必 须 将 计 算 得 到 的

5、 分 频 进 行 四 舍 五 入取 整 ， 基 准 频 率 和 分 频 系 数 应 综 合 考 虑 加 以 选 择 从 而 保 证 音 乐 不 会 走 调 。由 于 蜂 鸣 器 具 有 控 制 简 单 及 声 响 悦 耳 的 特 点 ， 在 工 程 项 目 中 ， 常 用 作 人 机 接 口 的重 要 输 出 设 备 ， 用 以 发 出 语 音 提 示 信 息 ， 使 系 统 更 加 完 善 和 使 用 。 蜂 鸣 器 有 交 流 和直 流 两 种 ， 直 流 蜂 鸣 器 驱 动 简 单 ， 只 要 在 二 号 引 脚 上 加 上 直 流 电 源 它 就 会 发 出 一 定频 率 的 声 音

6、， 此 时 声 音 的 音 调 和 音 量 是 固 定 的 ， 而 交 流 蜂 鸣 器 在 这 方 面 则 显 得 比 较灵 活 ， 输 入 的 声 音 信 号 的 频 率 和 音 长 可 以 由 用 户 控 制 ， 因 此 输 出 的 声 响 可 以 是 多 样的 。2简 谱 中 的 音 名 与 频 率 是 一 一 对 应 的 ， 因 此 要 发 出 某 一 声 乐 ， 只 需 要 输 出 该 声 乐 所对 应 的 频 率 信 号 就 可 以 了 ， 在 实 验 板 上 已 经 为 我 们 准 备 了 键 盘 K1K8和 一 个 蜂 鸣 器BUZZ， 所 以 完 全 可 以 用 它 们 来

7、实 现 一 个 简 单 的 电 子 琴 ， 为 了 产 生 一 定 的 频 率 信 号 ，我 们 还 需 要 用 到 有 源 时 钟 clock， 并 且 把 它 作 为 乐 曲 的 基 准 频 率 ， 而 所 有 不 同 的 频 率信 号 都 是 从 这 一 基 频 分 频 而 来 的 ， 比 如 在 24MHz的 时 钟 下 ， 中 音 1（ 对 应 的 频 率 值 为523.3Hz） 的 分 频 系 数 应 该 是 ： 24*10的 六 次 方 /（ 523.3*2） =0x5993。通 过 对 有 关 蜂 鸣 器 的 设 计 案 例 的 学 习 ， 基 本 上 对 分 频 和 控 制

8、交 流 蜂 鸣 器 发 声 有 了一 定 的 了 解 ， 所 以 在 此 基 础 上 ， 设 计 音 乐 片 段 是 对 分 频 和 蜂 鸣 器 发 声 的 综 合 应 用 ，需 要 处 理 好 各 种 简 谱 的 播 放 顺 序 及 音 长 。 程 序 设 计 时 应 该 注 意 按 键 去 抖 动 计 数 ， 注意 分 模 块 去 设 计 每 个 模 块 并 且 注 意 模 块 与 模 块 之 间 的 关 系 。在 这 个 项 目 中 我 们 还 用 到 了 汉 字 的 显 示 ， 通 过 以 前 学 习 的 点 亮 显 示 屏 的 例 子 ， 我们 队 LED点 阵 显 示 屏 的 内

9、部 结 构 、 工 作 原 理 、 驱 动 和 编 程 方 法 有 了 一 定 的 了 解 ， 同 样 ，LED点 阵 显 示 屏 可 以 显 示 汉 字 或 字 符 ， 只 是 此 时 的 汉 字 或 字 符 应 该 以 点 阵 的 形 式 来 表示 ， 取 点 越 多 ， 汉 字 或 字 符 也 将 越 逼 真 ， 通 常 8*8的 点 阵 显 示 屏 可 以 用 来 显 示 一 些 简单 的 汉 字 。 首 先 把 要 显 示 的 （ 8*8） 汉 字 用 二 进 制 代 码 来 表 示 ， 这 一 过 程 称 之 为 取 字模 。 这 样 ， 在 程 序 中 才 用 逐 行 扫 描 的

10、 方 法 扫 描 整 个 点 阵 ， 当 然 在 扫 描 对 应 行 的 同 时在 段 码 线 输 出 对 应 的 字 模 数 据 ， 于 是 该 行 的 相 应 点 被 点 亮 。 虽 然 汉 字 是 被 逐 行 显 示的 ， 但 是 由 于 人 眼 的 视 觉 差 ， 且 只 要 扫 描 速 度 足 够 快 ， 所 以 看 到 的 将 还 是 一 个 完 整的 汉 字 。由于音阶频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将得到的分频数四舍五入取整。由于最大的分频系数为 5102，故采用 13 位 二 进 制 计 数 器 已 能 满 足 分 频要 求 。 在表中可以看到不同音阶对应的不同

11、初始值。对于不同的分频系数，只要加载不同的初始值即可。采用加载初始值而不将分频输出译码反馈，可以有效地减少设计占用可编程逻辑器件的资源。“0” 表 示 休 止 符 ， 在 很 多 音 乐 中 ， 休 止 符 也 是 一 个重要的音符。对于休止符，只要将分频系数设为 0，扬声器就不会发声了。总 体 来 说 ， 要 设 计 好 这 个 项 目 首 先 要 可 以 做 出 输 出 警 报 声 ， 要 了 解 蜂 鸣 器 引 脚 与ERM1270T144C5N芯 片 的 引 脚 的 连 接 关 系 ， 理 解 交 流 蜂 鸣 器 的 工 作 原 理 及 外 围 驱 动 电路 ， 其 次 要 能 做 出

12、 熟 悉 电 子 琴 的 设 计 ， 数 字 电 子 琴 的 设 计 需 要 掌 握 时 钟 分 频 的 方 法 ，掌 握 键 盘 与 不 同 音 频 的 对 应 关 系 ， 左 右 要 能 做 出 音 乐 播 放 器 的 设 计 ， 需 要 掌 握 交 流蜂 鸣 器 的 综 合 应 用 ， 而 能 把 这 些 结 合 起 来 尤 为 重 要 ， 运 用 我 们 前 面 所 学 的 知 识 把 这几 块 结 合 起 来 ， 就 能 设 计 出 音 乐 播 放 器 综 合 项 目 。32、 功 能 框 图调 用 ： fenpin(); /分 频 函 数 ， 对 24MHz的 信 号 进 行 分

13、频jianpu(); /要 播 放 的 音 乐 的 简 谱yanzou(); /让 蜂 鸣 器 发 出 声 音shanshuo (); /让 简 谱 上 的 数 字 在 led小 灯 上 显 示 出 来xianshi(); /显 示 音 乐 名 称counttime (sec,key,min); /计 时 函 数开始定义输入输出量调用 fenpin（）模块调用 jianpu（）模块调用 yanzou（）模块调用 shanshuo（）模块调用 xianshi（）模块结束调用 counttime（）模块分 频 函 数 ， 对 24MHz的 信 号 进 行 分 频要 播 放 的 音 乐 的 简 谱让

14、 蜂 鸣 器 发 出 声 音让 简 谱 上 的 数 字 在 led小 灯 上 显 示 出 来显 示 音 乐 名 称计 时 函 数43*功 能 模 块 关 系 图clk secclkkeyin count_flagclk_24MHzflagbuzzouthigh2.0med2.0low2.0clkflaghigh2.0med2.0low2.0ledout7.0sled7.0clockflagldoa7.0ldob7.0secflag min15.0clksecmin15.0sled7.0sl3.0dis_yinfu:Q3timeshow:Q6clk_24MHzbuzzoutkeyinldoa7.

15、0ldob7.0ledout7.0sled7.0seg7.0sl3.0divclk:Q0counttime:Q5key_on_off:Q1music1:Q2leddot2:Q4音 名 、 频 率 和 分 频 系 数 对 照 表52、 软 件 设 计1、 顶 层 模 块 （ module music()）（1）定义时钟输入、键盘输入口；（2）定义声响输出口，定义位码输出口、数据输出口和数码管输出口，；（3）调用函数，分别为以下几个模块：分频模块（对 24MHz的 信 号 进 行 分 频 ）：fenpin(clk,k,shift,clk_4Hz,key,con,swt,sec,shiftout,shift_out);/分频函数，对 24MHz 的信号进行分频简谱、演奏模块（要 播 放 的 音 乐 的 简 谱 、 让 蜂 鸣 器 发 出 声 音 ）：jianpu(clk_4Hz,key,count_end,high,med,low,shiftout,shift_out);/要播放的音乐的简谱yanzou(clk,buzzout,count_end,key);/让蜂鸣器发出声音闪烁模块（让 简 谱 上 的 数 字 在 led 小 灯 上 显 示 出 来 ）：shanshuo (high,med,low,out,cl