EDA课程设计歌曲.docx
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EDA课程设计歌曲
课程设计
课程设计名称：
EDA课程设计
专业班级
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计时间：
电子信息科学与技术专业课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
《友谊地久天长》乐曲自动播放器
课题性质
工程设计
课题来源
自拟课题
指导教师
同组姓名
主要内容
用FPGA设计实现乐曲《友谊地久天长》的自动演奏电路。
任务要求
（1）根据设计题目要求编写相应程序代码
（2）对编写的VHDL程序代码进行编译和仿真
（3）利用实验箱完成硬件验证
（4）总结设计内容，完成课程设计说明书
参考文献
[1]曹昕燕.<>.北京：
清华大学出版社，2004年
[2]焦素敏.<>.北京：
清华大学出版社,2005年
[3]焦素敏.<>.河南工业大学，2008年
[4]黄智伟.<>.电子工业出版社，2005年
[5]刘昌华.<<数字逻辑EDA设计与实践>>.国防工业出版社，2005年
审查意见
指导教师签字：
教研室主任签字：
年月日
说明：
本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页
1设计任务及要求
本系统是利用硬件描述语言VHDL的设计思想设计的一个乐曲演奏电路，该系统基于计算机中时钟分频器的原理，采用自顶向下的设计方法来实现用硬件描述语言VHDL按模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真、并进行硬件验证。
（1）音高与频率的对应关系下表:
1
2
3
4
5
6
7
低音
131
147
165
175
196
221
248
中音
262
294
330
350
393
441
496
高音
525
589
661
700
786
882
990
（2）《友谊地久天长》乐谱
2设计原理及总体框图
该实验由三个模块组成，FENPIN模块将12HZ的时钟信号分为4HZ，为paia模块提供时钟，paia模块控制每个音的长短，fana模块产生不同的音高，从而达到播放音乐的目的。
3程序设计
该设计共分为三个模块：
（1）FENPIN模块该模块输入12MHz的时钟，输出4MHz的时钟，实现给paia模块提供时钟。
程序如下
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYFENPINIS
PORT（CLKIN:
INSTD_LOGIC;
CLKOUT:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDENTITYFENPIN;
ARCHITECTUREARTOFFENPINIS
SIGNALQ:
INTEGERRANGE0TO2;
SIGNALCLK:
STD_LOGIC;BEGIN
PROCESS（CLKin）IS
BEGIN
IF（CLKin'EVENTANDCLKin='1'）THEN
if（Q=2）then
Q<=Q+1;
CLK<=NOTCLK;
ELSE
Q<=Q+1;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
CLKOUT<=CLK;
ENDARCHITECTUREART;
（2）模块PAIA控制每一个音的长短，送初值给FANA模块，从而控制音高。
音符的持续时间必须根据乐曲的速度以及每个音符的节拍数决定，因此此模块的功能也就是为FANA提供决定所发音的分频预置值，而此数在FANA输入口停留时间即为此音节节拍值。
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitypaiais
port（clk:
instd_logic;
q:
outintegerrange0to10204）;
endpaia;
architecturepai_arcofpaiais
begin
process（clk）
variablecnt1:
integerrange0
to1500000;
variablecnt2:
integerrange0
to8;
variablen:
integerrange0to
45;
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifcnt1<1500000then
cnt1:
=cnt1+1;
else
cnt1:
=0;
casenis
when0=>q<=10204;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=1;
endif;
when1=>q<=7634;
ifcnt2<6then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=2;
endif;
when2=>q<=6061;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=3;
endif;
when3=>q<=6803;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=4;
endif;
when4=>q<=7634;
n:
=5;
when5=>q<=6803;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=6;
endif;
when6=>q<=6061;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=7;
endif;
when7=>q<=7634;
ifcnt2<4then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=8;
endif;
when8=>q<=6061;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=9;
endif;
when9=>q<=5089;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=10;
endif;
when10=>q<=4535;
ifcnt2<9then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=11;
endif;
when11=>q<=5089;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=12;
endif;
when12=>q<=6061;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=13;
endif;
when13=>q<=7634;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=14;
endif;
when14=>q<=6803;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=15;
endif;
when15=>q<=7634;
n:
=16;
when16=>q<=6803;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=17;
endif;
when17=>q<=6061;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=18;
endif;
when18=>q<=7634;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=19;
endif;
when19=>q<=9050;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=20;
endif;
when20=>q<=10204;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=21;
endif;
when21=>q<=7634;
ifcnt2<7then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=22;
endif;
when22=>q<=4535;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=23;
endif;
when23=>q<=5089;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=24;
endif;
when24=>q<=6061;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=25;
endif;
when25=>q<=7634;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=26;
endif;
when26=>q<=6803;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=27;
endif;
when27=>q<=7634;
n:
=28;
when28=>q<=6803;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=29;
endif;
when29=>q<=4535;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=30;
endif;
when30=>q<=5809;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=31;
endif;
when31=>q<=6061;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=32;
endif;
when32=>q<=5089;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=33;
endif;
when33=>q<=4535;
ifcnt2<7then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=34;
endif;
when34=>q<=3809;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=35;
endif;
when35=>q<=5809;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=36;
endif;
when36=>q<=6061;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=37;
endif;
when37=>q<=7634;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=38;
endif;
when38=>q<=6803;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=39;
endif;
when39=>q<=7634;
n:
=40;
when40=>q<=6803;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=41;
endif;
when41=>q<=6061;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=42;
endif;
when42=>q<=7634;
ifcnt2<3then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=43;
endif;
when43=>q<=9050;
ifcnt2<2then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=44;
endif;
when44=>q<=10204;
ifcnt2<1then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=45;
endif;
when45=>q<=7634;
ifcnt2<7then
cnt2:
=cnt2+1;
else
cnt2:
=0;
n:
=0;
endif;
endcase;
endif;
endif;
endprocess;
endpai_arc;
（3）模块FANA的功能是根据PAIA送来的初值倒计时，每次计到0时就使信号Q反转，由于初值不同，从而产生不同的音高。
所以音符的频率可以由此模块得到。
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityfanais
port（a:
inintegerrange0to10204;
clk:
instd_logic;
q:
outstd_logic）;
endfana;
architecturefan_arcoffanais
begin
process（clk）
variableb,d:
std_logic;
variablec:
integerrange0to10204;
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifb='0'then
c:
=a;
b:
='1';
else
ifc=0then
b:
='0';
d:
=notd;
else
c:
=c-1;
endif;
endif;
endif;
q<=d;
endprocess;
endfan_arc;
4编译及仿真
5硬件调试与结果分析
将实验程序下载到硬件验证实验箱上，能播放出相应的音乐。
模块PAIA控制每一个音的长短，此模块输出Q送初值给FANA模块，从而控制音高。
音符的持续时间必须根据乐曲的速度以及每个音符的节拍数决定，因此此模块的功能也就是为FANA提供决定所发音的分频预置值，而此数在FANA输入口停留时间即为此音节节拍值即为图中q值。
模块FANA的功能是根据PAIA送来的初值倒计时，每次计到0时就使信号Q反转，由于初值不同，从而产生不同的音高。
从扬声器中播放出音乐。
6参考文献
（1）焦素敏.<>.北京：
清华大学出版社,2005年
（2）潘松，黄继业.EDA技术与VHDL.清华大学出版社.2005
⑶王振红.VHDL数字电路设计与应用实践教程.机械工业出版社.2006
心得体会
本次课程设计是将书本知识用于实践，让我们更好的应用知识，提高动手能力，增强学习的趣味性，使我们对所学知识有更好的理解。
通过两周的课程设计，学习了QuartusII的学习，更好的运用VHDL编写程序，复习了EDA的相关知识，增强了我的动手能力，提高和巩固了VHDL语言知识，能熟练地使用QuartusII。
在本次课程设计过程中也出现了不少问题，但是在他人的帮助下得以解决，通过发现为题，解决问题，使我更好的学习了EDA技术，能更好的使用QuartusII软件，增强了学习的乐趣，是我对学习充满了信心，尤其是实践环节。
我相信通过学与用的结合，能让我个好的掌握知识。
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