西安邮电大学。
题目： **盒设计
院系： 电子工程学院
专业班级： 电路1002班
学生姓名： 朱强强（15）
指导老师： 邓军勇
2013 年 12 月 20 日。
目录。1 任务 1
2 目的 1
3 实验环境 1
4 设计原理及总体框图 1
4.1 音名与频率的关系 2
4.2 控制音长的节拍发生器 3
4.3 总体框图 3
5 编译及** 5
5.1 notetabs模块 5
5.2 muxa模块 5
5.3 tonetaba模块 5
5.4 speakera模块 6
5.5 music模块 6
5.6 顶层文件 7
6 硬件调试与结果分析 7
7 心得体会 7
8 参考文献 8
1 任务。用vhdl语言设计乐音的节拍与音符产生电路；用vhdl语言设计分频系数、音符显示数据产生电路；用vhdl语言设计可控分频器电路；理解简易****器总体设计方案。
2 目的。掌握基本的vhdl语言；理解****电路设计方案。掌握用vhdl语言设计节拍与音符产生电路；掌握用vhdl语言设计分频系数、音符显示数据产生电路；掌握用vhdl语言设计可控分频器电路。
设计结果：原理图与原程序、电路**图、能在实训系统上**悦耳动听的**。
3 实验环境。
完成本题目需要的软硬件环境包括：
1) 软件环境：
**工具ncverilog
综合工具design compiler
静态时序分析工具primetime
形式化验证工具formality
linux服务器远程访问工具xmanager
2) 硬件环境。
linux服务器。
4 设计原理及总体框图。
产生**的两个因素是**频率和**的持续时间，以纯硬件完成演奏电路比利用微处理器（cpu）来实现乐曲演奏要复杂的多如果不借助于功能强大的eda工具和硬件描述语言，凭借传统的数字逻辑技术，即使最简单的演奏电路也难以实现。乐曲硬件演奏电路系统主要由数控分频器和乐曲存储模块组成。数控分频器对fpga的基准频率进行分频，得到与各个音阶对应的频率输出。
乐曲存储模块产生节拍控制和音阶选择信号，即在此模块中可存放一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器来控制此真值表的输出，而由计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号。
**的十二平均率规定：每两个八度音（如简谱中的中音１与高音１）之间的频率相差一倍．在两个八度音之间，又可分为十二个半音，每两个半音的频率比为4。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到高音1之间每个音名的频率如表1所示。
表1 简谱中的音名与频率的关系。
输出到扬声器的波形应为对称方波，因此在到达扬声器之前，有一个二分频的分频器。表2中的分频系数就是从4mhz频率二分频得到的2mhz频率基础上计算得出的。
表2 各音阶频率对应的分频值。
由于最大的分频系数为7644，故采用13位二进制计数器已能满足分频要求。在表2,除给出了分频比以外，给出了对应于各个音阶频率时计数器不同的初始值，对于乐曲中的休止符，要将分频系数设为0，即初始值为8191即可，此时扬声器将不会发声。对于不同的分频系数，加载不同的初始值即可。
用加载初始值而不是将分频输出译码反馈，可以有效地减少本设计占用可编程逻辑器件的资源，也是同步计数器的一个常用设计技巧。
该演奏电路演奏的乐曲是“梁祝”片段，其最小的节拍为1拍。将1拍的时长定为0.25秒，则只需要再提供一个4hz的时钟频率即可产生1拍的时长，演奏的时间控制通过rom查表的方式来完成。
对于占用时间较长的节拍，如全音符为4拍（重复4），2/4音符为2拍（重复2），1/4音符为1拍（重复1）。
总体框图说明：notetabs相当于一个计数器，通过计数自动加1读music模块里的值，然后通过muxa选择模块选择music模块中不同的输出，tonetaba模块根据muxa模块不同的输出选择相应的值，speakera模块根据tonetaba的输出对12mhz的时钟信号进行分频，从而得到相信的频率输出发出声音（音调），从而实现**不同的歌曲。
5 编译及**。
**图：（如图2）
**图：（如图3）
**图：（如图4）
**图：（如图5）
**图： 1、music1：（如图6）
2、music2：（如图7）
3、music3:（如图8）
4、music4:（如图9）
**图：（如图10）
6 硬件调试与结果分析。
顶层文件编译**好之后，通过电脑连接到硬件上，**顶层文件到fpga里，**完毕之后通过选择按键选择**的歌曲，当a="0001"时，**“梁祝”；当a="0011"时，**“生日快乐”；当a="0010"时，**“**的翅膀”；当a="0100"时，**“一剪梅”。
7 心得体会。
通过这次课程设计，使我对vhdl语言有了更加深刻的了解，在书本上学的理论知识运用到了实践中，而课程设计做成功，增加了我学习eda的兴趣，不论在以后的学习中还是工作中，eda肯定是我们必不可少的工具。
在这次课程设计中遇到了不少的麻烦，我根据书上给的例题，发现程序写的比较的复杂，通过跟同学讨论，可以使用rom进行编程，能根据自己喜欢的歌曲更方便的修改程序，一开始写的程序只能实现一首歌的循环，但是我想肯定可以根据不同的按键实现不同的歌曲的**，有了这个想法之后，就不停的修改程序，但是总是实现不了，然后我就开始参考一些eda的实验书，终于在和同学的努力下，找到了一种方法，就是使用多路选择器，根据输入的不同选择不同的输出，从而实现**不同的歌曲，在硬件**中，由于eda实验做的比较多，所以对试验箱也比较的熟悉，在**中没有遇到什么问题。
总之，不管是哪门课的课程设计，都能大大提高我们的动手能力，在做成功的基础上，增加我们学习的兴趣，所以学校开设的课程设计是很有必要的，希望以后能有更多的机会去参加实践，提高我们各方面的能力。
8 参考文献。
1、曹昕燕。 <2、焦素敏。 <北京： 清华大学出版社，2024年。
3、焦素敏。 <河南工业大学，2024年。
4、黄智伟。 <5、刘昌华。 《数字逻辑eda设计与实践》. 国防工业出版社，2024年。
西安邮电大学微电子学系《eda技术实验》大作业。
成绩评定表。
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