音樂流水燈報(bào)告

1、音樂流水燈1.緒論1.1 EDA簡介EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師

2、可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成?，F(xiàn)在對(duì)EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。1.2 硬件描述語VHDL硬件描述語言(HDL)是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言，它用軟件編程的方式來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式，與傳統(tǒng)的門級(jí)描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。例如一個(gè)32位的加法器，利用圖形輸入軟件需要輸人500至1000個(gè)門，而利用VHDL語言只需要書寫一行“A=B+C

3、” 即可。而且 VHDL語言可讀性強(qiáng)，易于修改和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。早期的硬件描述語言，如ABEL、HDL、AHDL，由不同的EDA廠商開發(fā)，互不兼容，而且不支持多層次設(shè)計(jì)，層次間翻譯工作要由人工完成。為了克服以上不足，1985年美國國防部正式推出了高速集成電路硬件描述語言VHDL，1987年IEEE采納VHDL為硬件描述語言標(biāo)準(zhǔn)(IEEE-STD-1076)。VHDL是一種全方位的硬件描述語言，包括系統(tǒng)行為級(jí)。寄存器傳輸級(jí)和邏輯門多個(gè)設(shè)計(jì)層次，支持結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流和行為三種描述形式的混合描述，因此VHDL幾乎覆蓋了以往各種硬件俄語言的功能，整個(gè)自頂向下或由下向上的電路設(shè)計(jì)過程都可以用VHDL來完成。VHD

4、L還具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)VHDL的寬范圍描述能力使它成為高層進(jìn)設(shè)計(jì)的核心，將設(shè)計(jì)人員的工作重心提高到了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試，而花較少的精力于物理實(shí)現(xiàn)。(2)VHDL可以用簡潔明確的代碼描述來進(jìn)行復(fù)雜控制邏輯設(shè)計(jì)，靈活且方便，而且也便于設(shè)計(jì)結(jié)果的交流、保存和重用。(3)VHDL的設(shè)計(jì)不依賴于特定的器件，方便了工藝的轉(zhuǎn)換。(4)VHDL是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語言，為眾多的EDA廠商支持，因此移植性好。美國于1981年提出了一種新的、標(biāo)準(zhǔn)化的HDL，稱之為VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language，簡稱VHDL。

5、這是一種用形式化方法來描述數(shù)字電路和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯系統(tǒng)的語言。設(shè)計(jì)者可以利用這種語言來描述自己的設(shè)計(jì)思想，然后利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具進(jìn)行仿真，再自動(dòng)綜合到門電路，最后用PLD實(shí)現(xiàn)其功能。FPGA/CPLD電路設(shè)計(jì)的一般流程：通?？蓪⒃O(shè)計(jì)流程歸納為以下7個(gè)步驟。第1步：設(shè)計(jì)輸入。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員是應(yīng)用傳統(tǒng)的原理圖輸入方法來開始設(shè)計(jì)的。自90年代初，Verilog、VHDL、 AHDL等硬件描述語言的輸入方法得到了廣大工程設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可。第2步：前仿真。所設(shè)計(jì)的電路必須在布局布線前驗(yàn)證，目的主要是在仿真時(shí)，驗(yàn)證電路功能是否有效。在ASIC設(shè)計(jì)中，這一步驟稱為第一次Signoff.第3步：設(shè)計(jì)輸

6、入編譯。設(shè)計(jì)輸入之后就有一個(gè)從高層次系統(tǒng)行為設(shè)計(jì)向低層次門級(jí)邏輯電路的轉(zhuǎn)化翻譯過程，即把設(shè)計(jì)輸入的某種或某幾種數(shù)據(jù)格式（網(wǎng)表）轉(zhuǎn)化為底層軟件能夠識(shí)別的某種數(shù)據(jù)格式（網(wǎng)表），以求達(dá)到與其工藝無關(guān)。第4步：設(shè)計(jì)輸入的優(yōu)化。對(duì)于上述綜合生成的網(wǎng)表，根據(jù)布爾方程功能等效的原則，用更小更快的綜合結(jié)果替代一些復(fù)雜的單元，并與指定的庫映射生成新的網(wǎng)表，這是硬件描述語言輸入方式中減小電路規(guī)模的一條必由之路。第5步：布局布線。當(dāng)初步的仿真被驗(yàn)證后，就開始布局布線。這一步可相對(duì)規(guī)劃出ASIC和FPGA/CPLD設(shè)計(jì)。第6步：后仿真。設(shè)計(jì)人員需要利用在布局線中獲得的更精確的RC參數(shù)再次驗(yàn)證電路的功能和時(shí)序。在ASI

7、C設(shè)計(jì)中，這一步驟稱為第二次Signoff。第7步：流片。在布局布線和后仿真完成之后，當(dāng)需要大批量生產(chǎn)該芯片時(shí)，就可以開始ASIC芯片的投產(chǎn)。1.3 軟件介紹Quartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計(jì)流程。 Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設(shè)計(jì)流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計(jì)方式。具有運(yùn)行速度快

8、，界面統(tǒng)一，功能集中，易學(xué)易用等特點(diǎn)。 Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模塊庫，使用戶可以充分利用成熟的模塊，簡化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、加快了設(shè)計(jì)速度。對(duì)第三方EDA工具的良好支持也使用戶可以在設(shè)計(jì)流程的各個(gè)階段使用熟悉的第三方EDA工具。 此外，Quartus II 通過和DSP Builder工具與Matlab/Simulink相結(jié)合，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種DSP應(yīng)用系統(tǒng)；支持Altera的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計(jì)于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺(tái)。 Maxplus II 作為Altera的上一

9、代PLD設(shè)計(jì)軟件，由于其出色的易用性而得到了廣泛的應(yīng)用。Altera在Quartus II 中包含了許多諸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的設(shè)計(jì)輔助工具，集成了SOPC和HardCopy設(shè)計(jì)流程，并且繼承了Maxplus II 友好的圖形界面及簡便的使用方法。Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。1.4 硬件介紹Cyclone器件：Cyclone現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列系列基于1.5V、0.13m全銅層SRAM工藝，其密度增加至20060個(gè)邏輯元件（LE），RAM

10、增加至228KB。它具有生成時(shí)鐘的鎖相環(huán)以及DDR SDR和快速RAM（FCRAM）存儲(chǔ)器所需的專用雙數(shù)據(jù)率（DDR）接口等。Cyclone器件支持多種I/O標(biāo)準(zhǔn)，包括640Mbps的LVDS，以及頻率為33MHz和66MHz、數(shù)據(jù)寬度為32位和64位的PCI。Cyclone器件可以實(shí)現(xiàn)Nios II嵌入式處理器，而且只占用不到600個(gè)邏輯單元（LE），因此在含多達(dá)20260個(gè)LE的最大Cyclone器件中，可以將多個(gè)Nios II處理器集成到一個(gè)Cyclone器件中。Nios II系列嵌入式處理器以第一代Nios處理器為基礎(chǔ)，提供三種內(nèi)核來滿足嵌入式處理器的應(yīng)用。設(shè)計(jì)者可以從高性能內(nèi)核（超過

11、200 DMIPS）、低成本內(nèi)核（代于50美分的邏輯資源消耗）和性價(jià)比平衡的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核中進(jìn)行選擇。開發(fā)人員通過向Nios II處理器指令集中增加定制指令，可以加速軟件算法。定制指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的處理任務(wù)，為系統(tǒng)優(yōu)化提供了一種高性價(jià)比的解決方案。用戶添加的定制指令可以該問存儲(chǔ)器和Nios II系統(tǒng)外部的邏輯，提供了高效、靈活的訪問數(shù)據(jù)和邏輯資源的能力。定制指令允許設(shè)計(jì)者靈活、輕便地設(shè)計(jì)高端軟件，同時(shí)保留了并行硬件操作在可編程邏輯器件（PLD）中的性能優(yōu)勢(shì)。1.5 課題研究在本課程設(shè)計(jì)中使用Altera公司的EP2C35系列的FPGA芯片，利用SOPC-NIOSII-EP2C3

12、5開發(fā)板上的資源，實(shí)現(xiàn)一個(gè)音樂流水燈。本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求通過編程實(shí)現(xiàn)一段音樂旋律的循環(huán)播放，在音樂播放的過程中，流水燈根據(jù)旋律閃爍。1.5.1 課題研究內(nèi)容主要內(nèi)容：在本課程設(shè)計(jì)中使用Altera公司的EP2C35系列的EP2C35F484C7 -FPGA芯片，利用SOPC-NIOSII-EP2C35開發(fā)板上的資源，實(shí)現(xiàn)一個(gè)音樂流水燈。本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求通過編程實(shí)現(xiàn)一段音樂旋律的循環(huán)播放，在音樂播放的過程中，流水燈根據(jù)旋律閃爍。擴(kuò)展內(nèi)容：1 利用數(shù)碼管顯示播放時(shí)間2利用16*16點(diǎn)陣顯示播放歌曲名稱3利用4×4鍵盤陣列鍵盤實(shí)現(xiàn)播放歌曲的切換4利用液晶顯示頻譜分析1.5.2 課題研究方法1

13、.5.2.1 理論依據(jù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析系統(tǒng)功能，掌握設(shè)計(jì)中所需理論（音樂模塊的設(shè)計(jì)，流水燈模塊的設(shè)計(jì)，16*16點(diǎn)陣模塊的設(shè)計(jì)，按鍵選擇模塊的設(shè)計(jì)，音樂播放時(shí)間模塊的設(shè)計(jì)），闡述設(shè)計(jì)原理。1.5.2.2 音樂模塊基本原理：組成樂曲的每個(gè)音符的頻率值以及持續(xù)時(shí)間是樂曲能連續(xù)演奏所需的基本數(shù)據(jù)。并將簡單音樂的相應(yīng)程序加載到蜂鳴器模塊中，使其能夠按照音樂的節(jié)奏發(fā)聲。1.5.2.3 流水燈模塊通過對(duì)流水燈模塊的編程控制，使其實(shí)現(xiàn)隨著簡單音樂的節(jié)奏有規(guī)律的進(jìn)行點(diǎn)亮和熄滅。1.5.2.4 16*16點(diǎn)陣模塊16*16點(diǎn)陣的行為掃描選通信號(hào)、列為數(shù)據(jù)輸入。顯示采用逐行列掃描方式，數(shù)據(jù)端不斷輸入數(shù)據(jù)，行掃描按

14、一定順序逐行選通，掃描一個(gè)周期（16次）產(chǎn)生一幀畫面。使其實(shí)現(xiàn)在按鍵選擇播放相應(yīng)簡單音樂時(shí)，16*16點(diǎn)陣循環(huán)顯示播放歌曲的名字。1.5.2.5 按鍵選擇模塊由于4*4矩陣鍵盤模塊、數(shù)碼管模塊與16*16點(diǎn)陣模塊的引腳有相同的，所以不能在有數(shù)碼管模塊與16*16點(diǎn)陣模塊的功能時(shí)同時(shí)用4*4矩陣鍵盤模塊控制簡單歌曲的切換。因此，我將采用撥動(dòng)開關(guān)模塊控制簡單歌曲的切換。1.5.2.6 音樂播放時(shí)間模塊當(dāng)音樂開始播放時(shí)，八位七段數(shù)碼管開始從零開始計(jì)時(shí)，因此通過八位七段數(shù)碼管可以知道音樂播放的時(shí)間。2 課程設(shè)計(jì)方案及相應(yīng)原理2.1 課程設(shè)計(jì)總體方案具體總體設(shè)計(jì)方案見圖2.1、圖2.2：開始讀取按鍵讀取

15、歌曲代碼掃描16*16點(diǎn)陣流水燈顯示播放歌曲讀取按鍵16*16點(diǎn)陣選擇相應(yīng)代碼，顯示歌曲名稱圖2.1 總體方案設(shè)計(jì)流程圖（點(diǎn)陣顯示+按鍵選擇+流水燈）開始歌曲計(jì)時(shí)開始讀取按鍵讀取歌曲代碼播放歌曲流水燈顯示圖2.2 總體方案設(shè)計(jì)流程圖（時(shí)間顯示+按鍵選擇+流水燈）2.2 具體設(shè)計(jì)方法在本節(jié)中，將對(duì)各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)方法及仿真現(xiàn)象進(jìn)行闡述，但最后的課程設(shè)計(jì)是將好幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路同時(shí)同時(shí)進(jìn)行仿真和燒錄至開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證的。同時(shí)，由于4*4矩陣鍵盤模塊、數(shù)碼管模塊與16*16點(diǎn)陣模塊的引腳有相同的，所以不能在有數(shù)碼管模塊與16*16點(diǎn)陣模塊的功能時(shí)同時(shí)用4*4矩陣鍵盤模塊控制簡單歌曲的切換。因此，課

16、程設(shè)計(jì)內(nèi)容里面要求的部分拓展內(nèi)容，將分為兩個(gè)程序來實(shí)現(xiàn)。2.2.1 音樂模塊2.2.1.1 基本原理為了便于理解，首先介紹一下硬件電路的發(fā)聲原理。我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制FPGA某個(gè)引腳輸出一定頻率的矩形波，接上揚(yáng)聲器就能發(fā)出相應(yīng)頻率的聲音。而樂曲中的每一音符對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定的頻率，因此，要想FPGA發(fā)出不用音符的音調(diào)，實(shí)際上只要控制它輸出相應(yīng)音符的頻率即可。樂曲都是由一連串的音符組成，因此按照樂曲的樂譜依次輸出這些音符所對(duì)應(yīng)的頻率，就可以在揚(yáng)聲器上連續(xù)地發(fā)出各個(gè)音符的音調(diào)。而要準(zhǔn)確地演奏出一首樂曲，僅僅讓揚(yáng)聲器能夠發(fā)聲是不夠的，還必須準(zhǔn)確地控制樂曲的節(jié)奏，

17、即每個(gè)音符的持續(xù)時(shí)間。由此可見，樂曲中每個(gè)音符的發(fā)音頻率及其持續(xù)的時(shí)間是樂曲能夠連續(xù)演奏的兩個(gè)基本要素，獲取這兩個(gè)要素所對(duì)應(yīng)的數(shù)值以及通過純硬件的手段來利用這些數(shù)值實(shí)現(xiàn)所希望樂曲的演奏效果是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。因此要實(shí)現(xiàn)在蜂鳴器上播放出有一定規(guī)律節(jié)奏的簡單歌曲，就需要了解各個(gè)音階的頻率，以及怎樣將這些頻率轉(zhuǎn)換為開發(fā)系統(tǒng)以及蜂鳴器能夠識(shí)別的代碼。具體個(gè)音階的頻率見圖2.3，以及頻率點(diǎn)及音符與音譜對(duì)應(yīng)定義見圖2.4：圖2.3 各音階頻率表圖2.4 頻率點(diǎn)及音符與音譜對(duì)應(yīng)表2.2.1.2 程序及相應(yīng)電路原理圖該模塊程序如下所示：library ieee;use ieee.std_logic_1164.al

18、l;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity TKZC is port( clk : in std_logic; -Clock Signal spk : buffer std_logic; -speaker driver led : out std_logic_vector(11 downto 0); end TKZC;architecture behave of TKZC is signal tone : std_logic_vector(10 downto 0); signal tone_coun

19、t : std_logic_vector(10 downto 0); signal tone_index : integer range 0 to 15; signal clk10_count : std_logic_vector(17 downto 0); signal time : integer range 0 to 270; signal clk10 : std_logic; begin process(clk) -generate 10hz clock signal begin if(clk'event and clk='1') then clk10_coun

20、t<=clk10_count+1; if(clk10_count=16#3fff#) then clk10<=not clk10; end if; end if; end process; process(clk10) begin if(clk10'event and clk10='1') then if(time=270) then time<=0; else time<=time+1; end if; end if; end process; process(clk10) begin if(clk10'event and clk10=

21、'1') then case time iswhen 0=>tone_index<=6; when 1=>tone_index<=7; when 2=>tone_index<=8; when 3=>tone_index<=8;- when 4=>tone_index<=8; when 5=>tone_index<=7; when 6=>tone_index<=8; when 7=>tone_index<=8;- when 8=>tone_index<=10; when 9

22、=>tone_index<=10; when 10=>tone_index<=7; when 11=>tone_index<=7;- when 12=>tone_index<=7; when 13=>tone_index<=7; when 14=>tone_index<=0; when 15=>tone_index<=0;- when 16=>tone_index<=3; when 17=>tone_index<=3; when 18=>tone_index<=6; when

23、 19=>tone_index<=6;- when 20=>tone_index<=6; when 21=>tone_index<=5; when 22=>tone_index<=6; when 23=>tone_index<=6;- when 24=>tone_index<=8; when 25=>tone_index<=8; when 26=>tone_index<=5; when 27=>tone_index<=5;- when 28=>tone_index<=5; w

24、hen 29=>tone_index<=5; when 30=>tone_index<=0; when 31=>tone_index<=0;- when 32=>tone_index<=3; when 33=>tone_index<=3; when 34=>tone_index<=4; when 35=>tone_index<=4;- when 36=>tone_index<=4; when 37=>tone_index<=3; when 38=>tone_index<=4;

25、 when 39=>tone_index<=0;- when 40=>tone_index<=8; when 41=>tone_index<=8; when 42=>tone_index<=3; when 43=>tone_index<=3;- when 44=>tone_index<=3; when 45=>tone_index<=3; when 46=>tone_index<=0; when 47=>tone_index<=9;- when 48=>tone_index<

26、=9; when 49=>tone_index<=9; when 50=>tone_index<=7; when 51=>tone_index<=7;- when 52=>tone_index<=7; when 53=>tone_index<=4; when 54=>tone_index<=4; when 55=>tone_index<=4;- when 56=>tone_index<=7; when 57=>tone_index<=7; when 58=>tone_index&l

27、t;=7; when 59=>tone_index<=7;- when 60=>tone_index<=7; when 61=>tone_index<=7; when 62=>tone_index<=0; when 63=>tone_index<=0;- when 64=>tone_index<=6; when 65=>tone_index<=7; when 66=>tone_index<=8; when 67=>tone_index<=8;- when 68=>tone_inde

28、x<=8; when 69=>tone_index<=7; when 70=>tone_index<=8; when 71=>tone_index<=8;- when 72=>tone_index<=10; when 73=>tone_index<=10; when 74=>tone_index<=7; when 75=>tone_index<=7;- when 76=>tone_index<=7; when 77=>tone_index<=7; when 78=>tone_

29、index<=0; when 79=>tone_index<=0;- when 80=>tone_index<=3; when 81=>tone_index<=3; when 82=>tone_index<=6; when 83=>tone_index<=6;- when 84=>tone_index<=6; when 85=>tone_index<=5; when 86=>tone_index<=6; when 87=>tone_index<=6;- when 88=>to

30、ne_index<=8; when 89=>tone_index<=8; when 90=>tone_index<=5; when 91=>tone_index<=5;- when 92=>tone_index<=5; when 93=>tone_index<=5; when 94=>tone_index<=0; when 95=>tone_index<=0;- when 96=>tone_index<=0; when 97=>tone_index<=3; when 98=>

31、tone_index<=4; when 99=>tone_index<=4;- when 100=>tone_index<=8; when 101=>tone_index<=7; when 102=>tone_index<=7; when 103=>tone_index<=7;- when 104=>tone_index<=8; when 105=>tone_index<=8; when 106=>tone_index<=9; when 107=>tone_index<=9;- w

32、hen 108=>tone_index<=9; when 109=>tone_index<=10; when 110=>tone_index<=8; when 111=>tone_index<=8;- when 112=>tone_index<=0; when 113=>tone_index<=0; when 114=>tone_index<=8; when 115=>tone_index<=7;- when 116=>tone_index<=6; when 117=>tone_i

33、ndex<=6; when 118=>tone_index<=7; when 119=>tone_index<=7;- when 120=>tone_index<=5; when 121=>tone_index<=5; when 122=>tone_index<=6; when 123=>tone_index<=6;- when 124=>tone_index<=6; when 125=>tone_index<=6; when 126=>tone_index<=0; when 12

34、7=>tone_index<=0;- when 128=>tone_index<=8; when 129=>tone_index<=9; when 130=>tone_index<=10; when 131=>tone_index<=10;- when 132=>tone_index<=10; when 133=>tone_index<=9; when 134=>tone_index<=10; when 135=>tone_index<=10;- when 136=>tone_in

35、dex<=12; when 137=>tone_index<=12; when 138=>tone_index<=9; when 139=>tone_index<=9;- when 140=>tone_index<=9;- when 141=>tone_index<=9; when 142=>tone_index<=0; when 143=>tone_index<=0; when 144=>tone_index<=5;- when 145=>tone_index<=5; when

36、146=>tone_index<=8; when 147=>tone_index<=7; when 148=>tone_index<=8;- when 149=>tone_index<=8; when 150=>tone_index<=10; when 151=>tone_index<=10; when 152=>tone_index<=10;- when 153=>tone_index<=10; when 154=>tone_index<=10; when 155=>tone_i

37、ndex<=10; when 156=>tone_index<=0;- when 157=>tone_index<=0; when 158=>tone_index<=0; when 159=>tone_index<=0; when 160=>tone_index<=6;- when 161=>tone_index<=7; when 162=>tone_index<=8; when 163=>tone_index<=8; when 164=>tone_index<=7;- when

38、165=>tone_index<=7; when 166=>tone_index<=9; when 167=>tone_index<=9; when 168=>tone_index<=8;- when 169=>tone_index<=8; when 170=>tone_index<=8; when 171=>tone_index<=5; when 172=>tone_index<=5;- when 173=>tone_index<=5; when 174=>tone_index&

39、lt;=9; when 175=>tone_index<=0; when 176=>tone_index<=0;- when 177=>tone_index<=11; when 178=>tone_index<=11; when 179=>tone_index<=10; when 180=>tone_index<=10;- when 181=>tone_index<=9; when 182=>tone_index<=9; when 183=>tone_index<=8; when 184

40、=>tone_index<=8;- when 185=>tone_index<=10; when 186=>tone_index<=10; when 187=>tone_index<=10; when 188=>tone_index<=10;- when 189=>tone_index<=10; when 190=>tone_index<=10; when 191=>tone_index<=0; when 192=>tone_index<=0;- when 193=>tone_in

41、dex<=10; when 194=>tone_index<=10; when 195=>tone_index<=10; when 196=>tone_index<=10;- when 197=>tone_index<=0; when 198=>tone_index<=0; when 199=>tone_index<=10; when 200=>tone_index<=10;- when 201=>tone_index<=13; when 202=>tone_index<=13;

42、when 203=>tone_index<=13; when 204=>tone_index<=13;- when 205=>tone_index<=12; when 206=>tone_index<=12; when 207=>tone_index<=12; when 208=>tone_index<=12;- when 209=>tone_index<=10; when 210=>tone_index<=10; when 211=>tone_index<=8; when 212=&g

43、t;tone_index<=8;- when 213=>tone_index<=0; when 214=>tone_index<=8; when 215=>tone_index<=9; when 216=>tone_index<=9;- when 217=>tone_index<=8; when 218=>tone_index<=9; when 219=>tone_index<=9; when 220=>tone_index<=13;- when 221=>tone_index<=

44、10; when 222=>tone_index<=10; when 223=>tone_index<=10; when 224=>tone_index<=10;- when 225=>tone_index<=0; when 226=>tone_index<=0; when 227=>tone_index<=10; when 228=>tone_index<=10;- when 229=>tone_index<=13; when 230=>tone_index<=13; when 231

45、=>tone_index<=13; when 232=>tone_index<=13;- when 234=>tone_index<=12; when 235=>tone_index<=12; when 236=>tone_index<=12; when 237=>tone_index<=12;- when 238=>tone_index<=10; when 239=>tone_index<=9; when 240=>tone_index<=8; when 241=>tone_in

46、dex<=8;- when 242=>tone_index<=8; when 243=>tone_index<=8; when 244=>tone_index<=0; when 245=>tone_index<=8;- when 246=>tone_index<=9; when 247=>tone_index<=9; when 248=>tone_index<=8; when 249=>tone_index<=9;- when 250=>tone_index<=9; when 25

47、1=>tone_index<=9; when 252=>tone_index<=7; when 253=>tone_index<=7;- when 254=>tone_index<=6; when 255=>tone_index<=6; when 256=>tone_index<=6; when 257=>tone_index<=6;- when 258=>tone_index<=0; when 259=>tone_index<=0; when 260=>tone_index<

48、;=6; when 261=>tone_index<=7;- when 262=>tone_index<=6; when 263=>tone_index<=6; when 264=>tone_index<=6; when 265=>tone_index<=6;- when 266=>tone_index<=6; when 267=>tone_index<=6; when 268=>tone_index<=0; when 269=>tone_index<=0;- when others=&

49、gt;tone_index<=0; end case; end if; end process; process(tone_index) begin case tone_index is when 0=>tone<="11111111111" when 3=>tone<="01000010010" when 4=>tone<="01001100110" when 5=>tone<="01100000011" when 6=>tone<="0

50、1110001111" when 7=>tone<="10000001010" when 8=>tone<="10001000010" when 9=>tone<="10010101100" when 10=>tone<="10100001000" when 11=>tone<="10100110011" when 12=>tone<="10110000001" when 13=>tone

51、<="10111000111" when others=>tone<="11111111111" end case;end process; process(clk) -control the frequence of the speaker begin if(clk'event and clk='1') then if(tone_count=16#7ff#) then tone_count<=tone; if(tone<2047) then spk<=not spk; end if; else

52、 tone_count<=tone_count+1; end if; end if; end process;end behave;2.2.2 流水燈模塊2.2.2.1 基本原理在LED1LED12引腳上按照簡單音樂的節(jié)奏有規(guī)律的的輸出流水?dāng)?shù)據(jù)，如原來輸出的數(shù)據(jù)是000000000011則表示點(diǎn)亮LED1，LED2（共陰接法），流水一次后，輸出的數(shù)據(jù)應(yīng)該為000000000111，而此時(shí)則應(yīng)點(diǎn)亮LED1LED3三個(gè)LED發(fā)光二極管。就可以實(shí)現(xiàn)LED流水燈。但是根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)的要求，每次只會(huì)有一個(gè)音階響起，所以每次只會(huì)有一個(gè)LED燈亮起。2.2.2.2 程序及相應(yīng)電路原理圖該模塊程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity TKZC is port( clk : in std_logic; -Clock Signal spk : buffer std_logic; -speaker driver led : out std_logic_vector(11 dow