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1、郑州航空工业管理学院EDA 技术及应用课程设计报告13 届通信工程专业班级题目：乐曲自动演奏机姓名：学号：同组人：指导老师：2015 年 7 月 9 日乐曲自动演奏机乐曲自动演奏机一、设计要求一、设计要求：（）可以在电路上自动演奏至少两首乐曲，在这里我们选用的是茉莉花、欢乐颂和小苹果。（）有相应的 LED 灯指示高低音。二、其他要求二、其他要求：(在 EDA 实验箱上完成)1晶振为 48 MHz。2. 采用 FPGA 器件为 ALTERA 的 EP1C6Q240C8。3采用数码管显示。一、设计方案规划1、整体规划输入一个：clk（系统时钟 48MHz） 输出四个：beep（蜂鸣器输出端）、le
2、d（LED 指示灯）、dig（数码管 选择输出引脚）、seg（数码管段输出引脚）2、功能模块与模块划分总共分为三部分，蜂鸣器发声部分，LED 灯显示部分，数码管显 示部分。3、各功能或各模块的功能细分蜂鸣器自动演奏乐曲， LED 灯显示高低音， 数码管显示音调。二、各模块的实现方法、技术、要点1、乐曲演奏的原理是：由于组成乐曲的每个音符的频率值（音调）及其 持续（时间音长）是乐曲演奏的 2 个基本数据，因此需控制输出到扬声器的 激励信号的频率高低和该频率信号持续的时间。频率的高低决定了音调的高 低，而乐曲的简谱与各音名的频率对应关系在后面将给出。所有不同频率的 信号都是从一基准频率分频而得来的
3、，由于音阶频率多为非整数，而分频系 数有不能为小数，故必须将计算得到的分频数进行四舍五入取整，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。如在 48MHz时 钟 下 ， 中 音 1 （ 对 应 的 频 率 值 是 523.3Hz ） 的 分 频 系 数 应 该 为 ： 48000000/(2*523.3)=45863，这样只需对系统时钟进行 45863 次分频可得到 所要的中音 M1（分频系数计算公式为 D=F/2K,由于 F/2K 之后，会使分频系 数 D 变小，所以功能模块中语句：beep_r=!beep_r，使得输出取反， K=F/2count_end，消除了前面除以
4、2K 的影响）。至于其他音符，同样可有 一式求出对应的分频系数。在程序中设置一个状态机，每 250ms 改变一个状 态（即一个节拍），组成乐曲的每个音符的频率值（音调）相对应于状态机 的每一个状态。只要让状态机的状态按顺序转换，就可以自动演奏播放音乐 了。（注：N 一拍；N 两拍；N四拍；N八拍；N 为音谱）。 2、LED 灯接低电平显示灯亮，用 always 模块定义前两个灯亮表示低音， 中间四个灯亮表示中音，最后两个灯亮表示高音。 3、数码管选用共阴极，只要公共端为低电平“0”，某个段输出高电平 “1”，则相应的段就亮。四、设计步骤（1）在 Quartus中建立一个工程项目文件 song.
5、qpf，并在该项目下新建VerilogHDL 源程序文件 song.v 输入程序代码保存。 （2）然后在该工程选择一目标器件并对相应的引脚进行锁定，在这里所选 择器件为 Alter 公司的 Cyclone 系列的 EP1C6Q240C8 芯片，引脚锁定方 式如下所示。 引脚锁定方法信号引脚信号引脚1C61C12EDA1C61C12EDAdig0160160160seg5166166166dig1159159159Seg6163163163dig2162162162seg7164164164dig3161161161led0505050dig4204204204led1535353dig5199
6、199199led2545454dig6198198198led3555555dig7205205205led4176176176seg0169169169led5474747seg1170170170led6484848seg2167167167led7494949seg3168168168clk282828seg4165165165beep175175175（3）对该工程文件进行全程编译处理，若在编译中发现错误，则 找出错误并更正，知道编译成功为止。 （4）最后编译并下载在试验箱上，此时可以看到乐曲自动演奏以 及 LED 灯指示其高低音和数码管显示乐曲音调。 五、乐曲简谱简谱中的音名与频率
7、的关系音名频率/Hz音名频率/Hz音名频率/Hz低音261.6中音523.3高音1045.5低音293.7中音587.3高音1174.7低音329.6中音659.3高音1318.5低音349.2中音698.5高音1396.9低音392中音784高音1568低音440中音880高音1760低音493.9中音987.8高音1975.5六、模块的编写程序清单 song.v modulesong(clk,beep,led,dig,seg；/模块名称 song input clk;/系统时钟 48MHz outputbeep;/蜂鸣器输出端 output7:0 dig;/数码管选择输出引脚 output
8、 7:0 seg;/数码管段输出引脚output 7:0 led; reg7:0 led_r;reg7:0 seg_r;/输出数码管译码结果 reg7:0 dig_r;/输出数码管选择 reg3:0 disp_dat;/定义显示数据寄存器 regbeep_r;/寄存器 reg7:0 state;/乐谱状态机 reg15:0count,count_end; reg23:0count1; wire 31:0d; /乐谱参数:D=F/2K(D:参数,F:时钟频率,K:音高频率) parameter L_5 = 16d61224,/低音 5 L_6 = 16d54545,/低音 6 L_7 = 16d
9、48593,/低音 7 M_1 = 16d45863,/中音 1 M_2 = 16d40865,/中音 2 M_3 = 16d36402,/中音 3 M_4 = 16d34359,/中音 4 M_5 = 16d30612,/中音 5 M_6 = 16d27273,/中音 6 H_1 = 16d22956,/高音 1 H_2 = 16d20431,/高音 2 H_3 = 16d18203;/高音 3 parameterTIME = 12000000;/控制每一个音的长短(250ms)assign beep = beep_r;/输出音乐always(posedge clk) begin count
10、 = count + 1b1;/计数器加 1 if(count = count_end) begin count = 16h0;/计数器清零 beep_r = !beep_r;/输出取反 end endalways (posedge clk) begin if(count1 TIME)/一个节拍 250mS count1 = count1 + 1b1; else begin count1 = 24d0; if(state = 8d228) state = 8d0; else state = state + 1b1; case(state)8d0:count_end = M_3; 8d1:cou
11、nt_end = M_2; 8d2:count_end = M_3; 8d3:count_end = M_5; 8d4:count_end = M_6; 8d5:count_end = M_5; 8d6:count_end = H_1; 8d7:count_end = M_6; 8d8:count_end = M_5; 8d9:count_end = M_3; 8d10:count_end = M_5; 8d11:count_end = M_6; 8d12:count_end = H_1; 8d13:count_end = H_2; 8d14:count_end = H_3; 8d15:cou
12、nt_end = H_2; 8d16:count_end = H_1; 8d17:count_end = M_6; 8d18:count_end = H_1; 8d19:count_end = M_5; 8d20:count_end = M_5; 8d21:count_end = M_3; 8d22:count_end = M_5; 8d23:count_end = M_6;8d24:count_end = H_1; 8d25:count_end = H_2; 8d26:count_end = H_3; 8d27:count_end = H_1; 8d28:count_end = M_6; 8
13、d29:count_end = M_5; 8d30:count_end = M_5; 8d31:count_end = M_2; 8d32:count_end = M_3; 8d33:count_end = M_5; 8d34:count_end = M_3; 8d35:count_end = M_2; 8d36:count_end = M_1; 8d37:count_end = M_6; 8d38:count_end = M_1; 8d39:count_end = M_1; 8d40:count_end = M_3; 8d41:count_end = M_2; 8d42:count_end
14、= M_1; 8d43:count_end = M_2; 8d44:count_end = M_2; 8d45:count_end = M_3; 8d46:count_end = M_5; 8d47:count_end = M_6; 8d48:count_end = M_2; 8d49:count_end = M_6; 8d50:count_end = M_5; 8d51:count_end = M_5; 8d52:count_end = M_3; 8d53:count_end = M_2; 8d54:count_end = M_3; 8d55:count_end = M_5; 8d56:co
15、unt_end = M_3; 8d57:count_end = M_2; 8d58:count_end = M_1; 8d59:count_end = M_2; 8d60:count_end = L_6; 8d61:count_end = M_1;8d62:count_end = M_2; 8d63:count_end = M_2; 8d64:count_end = M_3; 8d65:count_end = M_1; 8d66:count_end = M_2; 8d67:count_end = M_1; 8d68:count_end = M_6; 8d69:count_end = M_1; 8d70:count_end = M_6; 8d71:count_end = M_5; 8d72:count_end = M_5; 8d74:count_end = M_3; 8d75:count_end = M_3; 8d76:count_end = M_4; 8d77:count_end = M_5; 8d78:count_end = M_5; 8d79:count_end = M_4; 8d80:count_end = M_3; 8d81:count_end = M_2; 8d82,8d83:count_end = M_1
