vhdl实验报告蜂鸣器Word格式文档下载.docx
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1318.5
低音4
349.2
中音4
698.5
高音4
1391.1
低音5
392
中音5
784
高音5
1568
低音6
440
中音6
880
高音6
1760
低音7
493.9
中音7
987.8
高音7
1975.5
表2.1简谱音名与频率的对应关系
产生各音符所需的频率可用一分频器实现，由于各音符对应的频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将计算得到的分频数四舍五入取整。
若分频器时钟频率过低，则由于分频系数过小，四舍五入取整后的误差较大；
若时钟频率过高，虽然误差变小，但分频数将变大。
实际的设计应综合考虑两方面的因素，在尽量减小频率误差的前提下取合适的时钟频率。
实际上，只要各个音符间的相对频率关系不变，演奏出的乐曲听起来都不会走调。
音符的持续时间须根据乐曲的速度及每个音符的节拍数来确定。
因此，要控制音符的音长，就必须知道乐曲的速度和每个音符所对应的节拍数，本例所演奏的乐曲的最短的音符为四分音符，如果将全音符的持续时间设为1s的话，那么一拍所应该持续的时间为0.25秒，则只需要提供一个4HZ的时钟频率即可产生四分音符的时长。
本例设计的音乐电子琴选取40MHZ的系统时钟频率。
在数控分频器模块，首先对时钟频率进行40分频，得到1MHZ的输入频率，然后再次分频得到各音符的频率。
由于数控分频器输出的波形是脉宽极窄的脉冲波，为了更好的驱动蜂鸣器发声，在到达蜂鸣器之前需要均衡占空比，从而生成各音符对应频率的对称方波输出。
这个过程实际上进行了一次二分频，频率变为原来的二分之一即0.5MHZ。
因此，分频系数的计算可以按照下面的方法进行。
以中音1为例，对应的频率值为523．3Hz，它的分频系数应该为：
至于其他音符，同样可由上式求出对应的分频系数，这样利用程序可以很轻松地得到相应的乐声。
分频系数
1911
478
1702
425
1517
379
1431
359
1276
319
1136
284
1014
253
956
851
中音3659.3758中音4698.5716
中音5784638中音6880568
中音7987.8506
表2.2各音名对应的分频系数
至于音长的控制，在自动演奏模块，每个乐曲的音符是按地址存放的，播放乐曲时按4HZ的时钟频率依次读取简谱，每个音符持续时间为0.25秒。
如果乐谱中某个音符为三拍音长，那又该如何控制呢？
其实只要在3个连续地址存放该音符，这时就会发三个0.25秒的音长，即持续了三拍的时间，通过这样一个简单的操作就可以控制音长了。
三、实验步骤
1、设置端口
1）输入端口
CLK：
40MHZ系统时钟输入端口。
2）输出端口
device：
乐曲的声音输出端口，输出的是对应各音符频率的方波信号。
2、设置模块
1）自动演奏模块
自动演奏模块可以自动播放电子琴内置乐曲，按节拍读取内置乐谱。
将键盘输入的音符信号输出。
因此，本模块是向Tone模块提供音符信息。
首先，对40MHz系统时钟进行10M的分频，得到4Hz的信号，这样一秒中就可以按照四拍进行。
然后依照此频率进行地址累计。
2）音频发生器模块
根据自动演奏模块的信号输出，不同的信号被翻译为不同的频率。
3）蜂鸣器驱动模块
根据音频发生器发出音频的不同，蜂鸣器得到的驱动也不同。
首先，对系统时钟进行40分频，再对1mhz的脉冲再次分频，得到所需要的音符频率，然后再进行2分频。
四、实验代码
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitytoneis
port（
index:
instd_logic_vector（15downto0）;
--音符输入信号
tone0:
outintegerrange0to2047--音符的分频系数
）;
endtone;
architecturebehavioraloftoneis
begin
search:
process（index）--此进程完成音符到音符的分频系数译码，音符的显示，高低音阶
begin
caseindexis
when"
0000000000000001"
=>
tone0<
=1433;
0000000000000010"
=1277;
0000000000000100"
=1138;
0000000000001000"
=1074;
0000000000010000"
=960;
0000000000100000"
=853;
0000000001000000"
=759;
0000000010000000"
=716;
0000000100000000"
=358;
0000001000000000"
=319;
0000010000000000"
=284;
0000100000000000"
=268;
0001000000000000"
=239;
0010000000000000"
=213;
0100000000000000"
=190;
1000000000000000"
=638;
whenothers=>
=0;
endcase;
endprocess;
endbehavioral;
entityspeakeris
clk1:
instd_logic;
--系统时钟12mhz
tone1:
inintegerrange0to2047;
--音符分频系数
spks:
outstd_logic--驱动扬声器的音频信号
endspeaker;
architecturebehavioralofspeakeris
signalpreclk,fullspks:
std_logic;
p1:
process（clk1）--此进程对系统时钟进行16分频
variablecount:
integerrange0to16;
ifclk1'
eventandclk1='
1'
thencount:
=count+1;
ifcount=8then
preclk<
='
;
elsifcount=16then
0'
count:
endif;
endif;
endprocessp1;
p2:
process（preclk,tone1）--对0.75mhz的脉冲再次分频，得到所需要的音符频率
variablecount11:
integerrange0to2047;
ifpreclk'
eventandpreclk='
then
ifcount11<
tone1then
count11:
=count11+1;
fullspks<
else
endprocessp2;
p3:
process（fullspks）--此进程对fullspks进行2分频
variablecount2:
std_logic:
iffullspks'
eventandfullspks='
count2:
=notcount2;
ifcount2='
spks<
endif;
endprocessp3;
entitylaohuis
clk:
--系统时钟；
键盘输入/自动演奏
tone_key_0:
bufferstd_logic_vector（15downto0）--音符信号输出
endlaohu;
architecturebehavioraloflaohuis
signalcount0:
integerrange0to31;
--change
signalclk2:
process（clk）--对12mhz系统时钟进行3m的分频，得到4hz的信号clk2
integerrange0to3000000;
ifclk'
eventandclk='
count:
ifcount=1500000then
clk2<
elsifcount=3000000then
process（clk2）--此进程完成自动演奏部分乐曲的地址累加
ifclk2'
eventandclk2='
ifcount0=29then
count0<
else
=count0+1;
process（count0,tone_key_0）
casecount0is--此case语句：
存储自动演奏部分的乐曲
when0=>
tone_key_0<
=b"
00000001_00000000"
--1
when1=>
00000010_00000000"
--2
when2=>
00000100_00000000"
--3
when3=>
when4=>
when5=>
when6=>
when7=>
when8=>
when9=>
00001000_00000000"
--4
when10=>
00010000_00000000"
--5
when11=>
when12=>
when13=>
when14=>
when15=>
00100000_00000000"
--6
when16=>
when17=>
when18=>
when19=>
when20=>
when21=>
when22=>
when23=>
when24=>
when25=>
when26=>
when27=>
00000000_00100000"
--di6
when28=>
null;
endcase;
entitybeep0is
instd_logic;
device:
outstd_logic
endbeep0;
architecturebehavioralofbeep0is
componentlaohuis
outstd_logic_vector（15downto0）--音符信号输出
endcomponent;
componenttoneis
--音符输入信号
outintegerrange0to2047--音符的分频系数
componentspeakeris
--系统时钟12mhz
outstd_logic--驱动扬声器的音频信号
signalmid:
std_logic_vector（15downto0）;
signaltones:
integer;
u0:
laohuportmap（clk,mid）;
u1:
toneportmap（mid,tones）;
u2:
speakerportmap（clk,tones,device）;
五、实验结果及其分析
频率折算中，由于频率计数3不能是小数，采用了四舍五入的方法，所以得到的频率并不是十分精确的，但是不会影响结果。
乐曲按照每秒钟四拍进行，循环地从事先编好的代码中翻译出频率来，所以能听到完整的乐曲。
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