西南科技大學(xué)FPGA實(shí)驗(yàn)報(bào)告四2022

第第頁西南科技大學(xué)FPGA實(shí)驗(yàn)報(bào)告四2022硬件電子琴的制作

西南科技高校試驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：FPGA

試驗(yàn)名稱：硬件電子琴電路設(shè)計(jì)

姓名：學(xué)號(hào):2022班級(jí)：電子12指導(dǎo)老師：

西南科技高校信息工程學(xué)院制

硬件電子琴的制作

試驗(yàn)題目

一、試驗(yàn)原理

主系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成，例1是頂層設(shè)計(jì)文件，其內(nèi)部有三個(gè)功能模塊〔如圖1所示〕：Speakera.v(例4)和ToneTaba.v(例3)，NoteTabs.v(例2)。

模塊ToneTaba是音階發(fā)生器，當(dāng)8位發(fā)聲掌握輸入Inde*中某一位為高電平常，那么對

應(yīng)某一音階的數(shù)值將從端口Tone輸出，作為獲得該音階的分頻預(yù)置值；同時(shí)由Code輸出對應(yīng)當(dāng)音階簡譜的顯示數(shù)碼，如‘5’，并由High輸出指示音階高8度顯示。

模塊Speakera中的主要電路是一個(gè)數(shù)控分頻器，它由一個(gè)初值可預(yù)置的加法計(jì)數(shù)器構(gòu)

成，當(dāng)模塊Speakera由端口Tone獲得一個(gè)2進(jìn)制數(shù)后，將以此值為計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)，對端口Clk12MHZ輸入的頻率進(jìn)行分頻，之后由Spkout向揚(yáng)聲器輸出發(fā)聲。

增加一個(gè)NoteTabs模塊用于產(chǎn)生節(jié)拍掌握〔Inde*數(shù)據(jù)存留時(shí)間〕和音階選擇信號(hào)，

即在NoteTabs模塊放置一個(gè)樂曲曲譜真值表，由一個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值來掌握此真值表的輸出，而由此計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)作為樂曲節(jié)拍掌握信號(hào)，從而可以設(shè)計(jì)出一個(gè)純硬件的樂曲自動(dòng)演奏電路。

二、試驗(yàn)步驟

分四步

1、將待播放的《梁祝》音樂音符存入ROM：建立一個(gè).t*t的文本文件，將梁祝的音樂音樂音符數(shù)據(jù)寫入，再將后綴名改為.coe文件。

建立一個(gè)IPcore，名為MUSIC.將MUSIC.core添加到IPcore中。

2、建立一個(gè)NoteTabs.V文件，從Music.v的ROM〔只讀存儲(chǔ)器〕讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行節(jié)拍掌握，和音階選擇。經(jīng)過仿真無誤后進(jìn)行下一步。

3、建立div_50_12module，將50MHZ的時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)化成12.5MHZ近似為12MHZ。4、建立div_50_4module，對50MHZ的時(shí)鐘頻率分頻成4HZ。

5、建立ToneTabamodule，獲得該音階的分頻預(yù)置值，音階簡譜的顯示數(shù)碼，音階高8度顯示。

6、建立Speakeramodule，獲得分頻預(yù)置值，對端口Clk12MHZ輸入的頻率進(jìn)行分頻，之后由Spkout向揚(yáng)聲器輸出發(fā)聲。

硬件電子琴的制作

三、試驗(yàn)結(jié)果及分析

50ＭHZ分為12MHZ的代碼：

modulediv_50_12(clk_50M,clk_12MHZ,reset);inputclk_50M;inputreset;outputclk_12MHZ;reg[1:0]counter;regclk_12MHZ;

always@(posedgeclk_50Mornegedgereset)if(!reset)

counter=2'b000;else

if(counter==4)//分頻預(yù)置數(shù)4，事實(shí)上的頻率是12.5MHZcounter=2'b00;

else

counter=counter+1'b1;

always@(posedgeclk_50Mornegedgereset)if(!reset)clk_12MHZ=1'b0;elsebegin

if(counter==2'b11)clk_12MHZ=1'b1;elseclk_12MHZ=1'b0;

end

Endmodule仿真波形：

硬件電子琴的制作

分析：頻率近似為12分頻，由于在always中同一個(gè)變量counter的指不能被賦值兩次，否那么簡單引起競爭冒險(xiǎn)等問題。

2、NoteTabs模塊的測試，仿真波形如下圖：

分析：由于梁祝音樂中寫入的開頭有1拍的‘3’，又由于是以1/4拍的形式存放在ROM里的，所以NoteTabs是4個(gè)1/4拍的’3’。3/4拍的’5’。附：仿真的testfi*ture文件moduletest_NoteTabs;

regClk;

wire[3:0]ToneInde*;NoteTabsuut();

initialbegin

Clk=0;

forever#10Clk=~Clk;//由于時(shí)鐘是50MＨＺ，所以１／２Ｔ＝１０ｎｓ

.Clk(Clk),

.ToneInde*(ToneInde*)

endinitial#1000$stop;

endmodule

3、ToneTaba模塊的仿真與測試仿真波形為：

硬件電子琴的制作

分析：可知當(dāng)inde*=0001時(shí)，tone=1403d=01100000101b，符合要求，正確測試代碼：moduleTestToneTaba;

reg[3:0]Inde*;wire[3:0]Code;wireHigh;wire[10:0]Tone;ToneTabauut();initialbegin

#50;Inde*=1;#30;Inde*=2;#20;Inde*=3;#100；

.Inde*(Inde*),.Code(Code),.High(High),.Tone(Tone)

Inde*=0;

end

endmodule

4、頂層模塊的例化，然后進(jìn)行綜合，布局布線，生成課執(zhí)行文件.bit文件，下載到板子上去。頂層模塊代碼：

modulesonger(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout);inputclk_50M;//CLK=50MHZinputreset;output[3:0]Code1;outputHigh1,Spkout;

硬件電子琴的制作

wire[10:0]Tone;wire[3:0]ToneInde*;wireclk_4HZ,clk_12M;NoteTabsu0(.Clk(clk_4HZ),

.ToneInde*(ToneInde*));

ToneTabau1(.Inde*(ToneInde*),.Code(Code1),.High(High1),

.Tone(Tone));Speakerau2(.Clk(clk_12M),.Tone(Tone),

.SpkS(Spkout));div_50_12u3(clk_50M,clk_12M,reset);div_50_4HZu4(clk_50M,clk_4HZ,reset);endmodule

四、試驗(yàn)思索題解答(試驗(yàn)指導(dǎo)書要求的思索題)

1、答：輸出的頻率要在揚(yáng)聲器的工作頻率范圍內(nèi)，輸出的電流要能夠徑直驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的正常工作

2、答：將存儲(chǔ)音符的ROM里面的內(nèi)容轉(zhuǎn)變，將notetabs里面的讀取樂符數(shù)轉(zhuǎn)變

五、體會(huì)

這是我第一次的試驗(yàn)勝利，主要?dú)w結(jié)于自己平常下課后不停的摸索，預(yù)習(xí)。學(xué)會(huì)了自己編寫激勵(lì)文件，轉(zhuǎn)變了原始的畫波形方式。

對于試驗(yàn)的波形觀測也有了深刻的理解，但是我們?nèi)康哪K都是用的always語句，可以嘗試一下用其他的語句實(shí)現(xiàn)同樣的功能，增加我們對于語言運(yùn)用的敏捷性。

硬件電子琴的制作

西南科技高校試驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：F