北邮数电实验电子琴Word格式文档下载.docx
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图2按键按下后的点阵显示
3、由拨码开关切换选择高、中、低音,并用数码管进行相应的显示。
4、通过按键BTNO进行复位,控制点阵显示图1的初始状态。
提高要求:
1、可通过一个拨码开关进行手动/自动演奏的切换,并与点阵显示配合增加自动演奏乐曲的功能。
2、增加手动演奏的音符存储、播放功能。
二、系统设计
1.设计思路
简易电子琴的制作主要是利用不同频率的波来驱动蜂鸣器发出声响。
通过输入不同的音
符来设置不同的分频系数,使得50MHz的主频分频出不同频率的波。
同时,演奏的音符还可以通过数码管和8*8点阵来动态显示。
根据系统设计要求,该电子琴设计采用自顶向下的设计方法。
整体的功能通过不同的底
层模块配合来完成电子琴的功能。
底层模块主要包括乐曲自动演奏模块、分频预置值产生模
块和数控分频模块,数码管显示模块,8*8点阵显示模块五部分组成。
用这种设计思路把整
个系统分为了若干个模块,然后再在顶层文件中将各个模块组合在一起,从而体现出超、高
速硬件描述语言VHDL的优势,
关于提高要求中通过一个拨码开关进行手动/自动演奏的切换,并与点阵显示配合增加自
动演奏乐曲的功能,我打算将一首曲子的音符储存在自动播放的数组里面,然后通过计数器来顺序播放储存的音符。
关于提高要求中的手动演奏的音符存储、播放功能,我打算通过编程实现类似数据结构中队列的模块,来储存手动输入的音符,然后在要播放的时候,队列里面的音符依次出队,从而实现音符储存播放的功能。
2.总体框图
图3简易电子琴总体结构框图
图4简易电子琴逻辑流程图
图5简易电子琴VHDL电路原理图
3.分块设计
(1)分频模块divO
由于实验电路板的主频是50Mhz,为了数码管和点阵的刷新显示,我们必须将50Mhz
的频率进行分频。
分频的程序来自电路中心的网站上面。
在这个模块里,我设置分频系数为
cnt=2499。
从实验结果看,这个分频对数码管和点阵的显示有很好的效果
(2)数码管显示模块shuma
我使用了2个数码管,第一个数码管显示1~7的音符,第二个数码管显示相关的信息,比如高音用H表示,低音用L表示,自动播放用A表示。
两个数码管分别刷新,但由于刷新频率太快,人眼不能察觉,以为是两个数码管是同时亮的。
在程序中我们通过duan:
out
的显示。
当输入不同的音符和不同的控制信息时,duan和cat向量都有不同的值与之对应。
(3)8*8点阵显示模块dianzhen
8*8点阵的显示和数码管的显示运用了同样的原理,在程序中我们通过row:
std_logic_vector(7downto0)和col:
outstd」ogic_vector(7downto0)这两个向量来控
制点阵的显示。
当输入不同的音符时,点阵显示相应的形状。
(4)音符产生模块auto。
这个模块的功能是,选择的不同模式来产生不同的音符。
当选择自动播放模式时,随着
计数器count的值增加,即地址值递增时,程序自动读取出事先储存的音符,并把这个音符输出。
当选择手动演奏模式时,直接将通过BTN1~BTN7输入的向量当做音符输出
yin:
outstd_logic_vector(6downto0);
。
(5)分频预置值产生模块
该模块的功能是通过音符以及高低音选项来查表找到对应的频率值。
在程序中设置了全
部音符对应的分频预置数。
通过判断音符产生模块输出的音符yin:
instd」ogic_vector(6
downto0),以及拨码开关的高低音highlow:
instd」ogic_vector(1downto0)控制键,
来查找出该音符的频率值,然后将该频率赋值给tone:
outintegerrange0to2000000);
(6)数控分频发声模块
从实验板上面输入的时钟是50MHz的,必须经过分频后由clk_out输出,驱动蜂鸣器
发声。
Clk_out的输出频率就对应着音符的音调。
分频系数由来自分频预置值模块的
极窄的脉冲式信号。
为了利用驱动蜂鸣器,需要再增加一个进程,多波形进行整理,均衡占
空比
三、仿真波形及波形分析
1.数码管显示模块仿真波形
波形分析:
不同的yin,和highlow组合,数码管显示不同的字符。
duan[0]~duan[7]对
2.点阵显示模块仿真波形
不同的yin输入,点阵的col和row会有不同的波形,利用clk_in的上升沿来
动态扫描点阵。
从而得显示出指定的图形。
3.自动播放模块仿真波形
当auto置1,clear置0,yin_out输出储存在程序里面的曲子音符,这时候相
当于自动播放。
当auto置0,clear置0,yin_out输出从BTN1~BTN7读取的手动输入的信号,这时候相当于手动演奏。
4.分频预置值产生模块仿真波形
MascerirreBar:
1SI7Ens,Porker
17.5-us
Inter/a:
17.4SsStart:
输入不同的高低音highlow,和音符yin,输出不同的tone。
而tone将作为发声
模块的分频预置值
四、源程序
1.分频模块源程序
libraryieee;
useieee.std」ogic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitydiv0is
--输入时钟
port(clk_in:
instd_logic;
--输出时钟
clk_tmp:
outstd_logic);
end;
architecturebofdiv0is
signalclk:
std_logic;
begin
pO:
process(clk_in)
variableent:
integerrange0to2499;
begin
--分频系数为2499
--每个输入时钟上升沿到
if(clk_in'
eventandclk_in='
1'
)thenifcnt=2499then
cnt:
=0;
clk<
=notclk;
else
cnt:
=cnt+1;
来时cnt加1
endif;
endprocessp0;
clk_tmp<
=clk;
endb;
2.数码管显示源程序
entityshumais
instd_logic;
--以分频的时钟输入
instd_logic_vector(6downto0);
--输入音符
highlow
:
instd_logic_vector(1downto0);
--输入高低音
auto
--自动播放
auto1
instd」ogic;
--自动播放1
duan:
outstd_logic_vector(7downto0);
cat:
outstd_logic_vector(5downto0)
);
end;
architecturebofshumais
signalduant:
std_logic_vector(7downto0);
signalcatt:
std_logic_vector(5downto0);
p1:
process(clk_in,yin,highlow,auto,auto1)
--显示“8”表示自
ifauto='
then
catt<
="
111101"
;
duant<
00111111"
动播放
elsifautol='
duant<
01111111"
--显示“0”表示
试音
elsifauto='
0'
then
if(clk_in='
)then
caseyinis
when"
0000001"
=>
catt<
111110"
00000110"
--
显示“1”
0000010"
01011011"
显示“2”
when"
0000100"
01001111"
显示“3”
0001000"
01100110"
显示“4”when"
0010000"
=>
01101101"
--显示“5”when
"
0100000"
01111101"
--显示“6”
1000000"
00000111"
--显示“7”
whenothers=>
111111"
00000000"
endcase;
elsif(clk_in='
--显示
casehighlowis
10"
01110100"
--时钟输入
01"
00111000"
“H”
11111