音乐播放器设计说明.docx
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音乐播放器设计说明
音乐播放器说明书
音乐播放器设计说明
1、设计目的
充分利用EITS2003多用途EDA开发实验平台的设计资源，完成一个比较复杂的FPGA设计方案，增强对FPGA设计的更深理解，提高设计水平，为今后的更复杂的FPGA设计实践打下坚实的基础。
2、设计概述
EITS2003多用途EDA开发实验平台给我们提供了丰富的设计资源。
它的核心器件为Xilinx公司的Spartan-IIE系列的FPGA芯片，且在FPGA周围提供了丰富的资源：
有串口、PS/2接口、VGA接口、LED和七段数码管显示、拨码开关和按钮、AT89S52单片机、SRAM、I2C、A/DD/A转换、扬声器、电源、
电源晶振等。
这就为我们的设计提供了丰富的选择。
考虑到以后实践的需要，且又要达到一定的难度，我们选择了把几种常用接口PS/2、LED显示结合的一个电路。
虽
然设计并不是很复杂，但其实践意义是很大的。
3、设计方案说明
3.1总体方案
我们设计的总体思想是：
利用EITS2003上的拨码开关选择不同的歌曲进行播放，并在相应的七段数码管及LED显示正在播放的音阶。
3.2关键部分说明
3.2.1音乐电路
音乐电路原理：
组成乐曲的每个音符的频率值（音调）及持续时间（音长）是实际乐曲演奏的两个基本数据。
因此只要控制输出到扬声器的激励信号的频率和信号的持续时间就可以发出持续的乐曲声。
频率的高低决定了音调的高低。
音乐的十二平均率规定：
每连个八度音（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，又可以分为十二个半音，每两个半音的频率比为12sqr
（2）。
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。
由此简谱中从低音1到高音1之间的每个音名对应的频率如下表3所示：
音名
频率（Hz）
音名
频率（Hz）
音名
频率（Hz）
低音1
261.6
中音1
523.3
高音1
1046.5
低音2
293.7
中音2
587.3
高音2
1174.7
低音3
329.6
中音3
659.3
高音3
1318.5
低音4
349.2
中音4
689.5
高音4
1396.9
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
根据相应的频率设置分频比，就可以实现音阶的高低。
3.3具体实现
3.3.1顶层模块
顶层模块的输入输出如上图所示。
输入：
clock是电路板时钟的输入，50兆赫兹；
reset用于系统的初始化；
switch1、switch2、switch3是EITS2003的拨码开关输入，产生音乐选择信号。
输出：
speaker用于输出不同频率的时钟，使得蜂鸣器发出不同声音；
LED为七段数码管，用于显示高中低音音阶；
dig1、dig2、dig3为三段数码管的控制信号，选择数码管的输出；
l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7为LED显示，指示现输出音阶高低。
这些输入输出的对应管脚如下图所示：
3.3.2该工程模块结构
工程模块层次结构图
3.3.3程序说明
3.3.3.1Freq_Div模块
/*****************************************************************************/
Freq_Div.v
模块名称:
Freq_Div（）
模块功能:
按输入参数对输入时钟进行分频,输出
Clk_User<=Clk_Sys/Div
输入输出:
Clk_Sys输入,输入时钟,一般为系统时钟,1位
Div输入,分频参数输入,26位
Clk_User输出,分频后的时钟输出,1位
/*****************************************************************************/
moduleFreq_Div（Clk_Sys,Div,Clk_User,Reset）;
inputClk_Sys;
input[25:
0]Div;
outputClk_User;
inputReset;
regClk_Usertemp;
reg[25:
0]cout;
assignClk_User=（Div>=2）?
Clk_Usertemp:
Clk_Sys;//若Div比2小，输出系统时钟
always@（posedgeClk_SysornegedgeReset）//等待系统时钟上升沿
if（!
Reset）
begin
cout<=26'b0;
Clk_Usertemp<=1'b0;
end
else
begin
if（Div>=26'h000_0002）
begin
if（cout>=Div-1）//输出达到一个周期，重新开始
begin
Clk_Usertemp<=1'b0;
cout<=26'h000_0000;
end
elseif（cout>=（（Div>>1）-1））
begin
cout<=cout+1;
Clk_Usertemp<=1'b1;
end
else
begin
Clk_Usertemp<=1'b0;
cout<=cout+1;
end
end
end
endmodule
3.3.3.2HEX2LED模块
/****************************************************************************/
HEX2LED.v
/****************************************************************************/
//*****************************************************************************
//HEX-to-seven-segmentdecoder
//input[3:
0]HEX;
//output[6:
0]LED;
//reg[6:
0]LED;
//
//segmentencoding
//0
////-
//5||1
////-<-6
//4||2
////-
//3
//*****************************************************************************
moduleHEX2LED（HEX,LED）;
//*****************************************************************************
//HEX：
输入十六进制信号
//LED：
输出显示信号
//*****************************************************************************
input[3:
0]HEX;
output[6:
0]LED;
reg[6:
0]LED;
always@（HEX）
begin
case（HEX）
4'b0001:
LED<=7'b0000110;//1
4'b0010:
LED<=7'b1011011;//2
4'b0011:
LED<=7'b1001111;//3
4'b0100:
LED<=7'b1100110;//4
4'b0101:
LED<=7'b1101101;//5
4'b0110:
LED<=7'b1111101;//6
4'b0111:
LED<=7'b0000111;//7
4'b1000:
LED<=7'b1111111;//8
4'b1001:
LED<=7'b1101111;//9
4'b1010:
LED<=7'b1110111;//A
4'b1011:
LED<=7'b1111100;//b
4'b1100:
LED<=7'b0111001;//C
4'b1101:
LED<=7'b1011110;//d
4'b1110:
LED<=7'b1111001;//E
4'b1111:
LED<=7'b1110001;//F
default:
LED<=7'b0111111;//0
endcase
end
endmodule
3.3.3.3ShowKey模块
/****************************************************************************/
ShowKey.v
根据音阶高低，相应的LED发亮。
/****************************************************************************/
moduleShowKey（selectLED,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7）;
input[3:
0]selectLED;
outputl1;
outputl2;
outputl3;
outputl4;
outputl5;
outputl6;
outputl7;
regl1,l2,l3,l4,l5,l6,l7;
always@（selectLED）
begin
case（selectLED）
4'b0001:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b0111111;
4'b0010:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1011111;
4'b0011:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1101111;
4'b0100:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1110111;
4'b0101:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1111011;
4'b0110:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1111101;
4'b0111:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1111110;
default:
{l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7}<=7'b1111111;
endcase
end
endmodule
3.3.3.4switch模块
/**************************************************************************/
switch.v
根据三个拨码开关的情况，选择相应的歌曲输出
/**************************************************************************/
moduleswitch（clk_4,clk_6M,switchnum,selectLED,dig1,dig2,dig3,speaker）;
input[2:
0]switchnum;
inputclk_4,clk_6M;
outputselectLED;
outputdig1,dig2,dig3;
outputspeaker;
wireclk_4,clk_6M;
wire[3:
0]high,med,low;
reg[3:
0]selectLED;
regdig1,dig2,dig3;
song1mysong（
.clk_4Hz（clk_4）,
.clk_6MHz（clk_6M）,
.switchnum（switchnum）,
.speaker（speaker）,
.high（high）,
.med（med）,
.low（low）
）;
always@（highormedorlow）
begin
if（high!
=4'b0000）
begin
dig1<=0;
dig2<=1;
dig3<=1;
selectLED<=high;
end
if（med!
=4'b0000）
begin
dig1<=1;
dig2<=0;
dig3<=1;
selectLED<=med;
end
if（low!
=4'b0000）
begin
dig1<=1;
dig2<=1;
dig3<=0;
selectLED<=low;
end
end
endmodule
3.3.3.5song1模块
/****************************************************************************/
song1.v
记录歌谱内容。
当拨码开关为高电平时，输出相应的歌曲，若拨码开关状态不变，实现循环播放。
/****************************************************************************/
modulesong1（clk_4Hz,clk_6MHz,switchnum,speaker,high,med,low）;
inputclk_4Hz;
inputclk_6MHz;
inputswitchnum;
outputspeaker;
outputhigh,med,low;
wire[2:
0]switchnum;
reg[3:
0]high,med,low;
reg[13:
0]divider;
wire[13:
0]origin;
reg[7:
0]counter;
regspeaker;
wirecarry;
assigncarry=（divider==16383）;
always@（posedgeclk_6MHz）
begin
if（carry）divider=origin;
elsedivider=divider+1;
end
always@（posedgecarry）
begin
speaker=~speaker;
end
Freqoriginmyorigin（
.clk_4Hz（clk_4Hz）,
.high（high）,
.med（med）,
.low（low）,
.origin（origin）
）;
always@（posedgeclk_4Hz）
begin
if（switchnum==3'b100）
begin
if（counter==63）counter=0;
elsecounter=counter+1;
case（counter）
0:
{high,med,low}='b000000000011;
1:
{high,med,low}='b000000000011;
2:
{high,med,low}='b000000000011;
3:
{high,med,low}='b000000000011;
4:
{high,med,low}='b000000000101;
5:
{high,med,low}='b000000000101;
6:
{high,med,low}='b000000000101;
7:
{high,med,low}='b000000000110;
8:
{high,med,low}='b000000010000;
9:
{high,med,low}='b000000010000;
10:
{high,med,low}='b000000010000;
11:
{high,med,low}='b000000100000;
12:
{high,med,low}='b000000000110;
13:
{high,med,low}='b000000010000;
14:
{high,med,low}='b000000000101;
15:
{high,med,low}='b000000000101;
16:
{high,med,low}='b000001010000;
17:
{high,med,low}='b000001010000;
18:
{high,med,low}='b000001010000;
19:
{high,med,low}='b000100000000;
20:
{high,med,low}='b000001100000;
21:
{high,med,low}='b000001010000;
22:
{high,med,low}='b000000110000;
23:
{high,med,low}='b000001010000;
24:
{high,med,low}='b000000100000;
25:
{high,med,low}='b000000100000;
26:
{high,med,low}='b000000100000;
27:
{high,med,low}='b000000100000;
28:
{high,med,low}='b000000100000;
29:
{high,med,low}='b000000100000;
30:
{high,med,low}='b000000100000;
31:
{high,med,low}='b000000100000;
32:
{high,med,low}='b000000100000;
33:
{high,med,low}='b000000100000;
34:
{high,med,low}='b000000100000;
35:
{high,med,low}='b000000110000;
36:
{high,med,low}='b000000000111;
37:
{high,med,low}='b000000000111;
38:
{high,med,low}='b000000000110;
39:
{high,med,low}='b000000000110;
40:
{high,med,low}='b000000000101;
41:
{high,med,low}='b000000000101;
42:
{high,med,low}='b000000000101;
43:
{high,med,low}='b000000000110;
44:
{high,med,low}='b000000010000;
45:
{high,med,low}='b000000010000;
46:
{high,med,low}='b000000100000;
47:
{high,med,low}='b000000100000;
48:
{high,med,low}='b000000000011;
49:
{high,med,low}='b000000000011;
50:
{high,med,low}='b000000010000;
51:
{high,med,low}='b000000010000;
52:
{high,med,low}='b000000000110;
53:
{high,med,low}='b000000000101;
54:
{high,med,low}='b000000000110;
55:
{high,med,low}='b000000010000;
56:
{high,med,low}='b000000000101;
57:
{high,med,low}='b000000000101;
58:
{high,med,low}='b000000000101;
59:
{high,med,low}='b000000000101;
60:
{high,med,low}='b000000000101;
61:
{high,med,low}='b000000000101;
62:
{high,med,low}='b000000000101;
63:
{high,med,low}='b000000000101;
endcase
end
if（switchnum==3'b010）
begin
if（counter==100）counter=0;
elsecounter=counter+1;
case（counter）
0:
{high,med,low}='b000000000101;//中音5
1:
{high,med,low}='b000000000101;
2:
{high,med,low}='b000000000101;
3:
{high,med,low}='b000000000101;
4:
{high,med,low}='b000000000110;//中音6
5:
{high,med,low}='b000000000110;
6:
{high,med,low}='b000000000110;
7:
{high,med,low}='b000000000110;
8:
{high,med,low}='b000000000101;//中音5
9:
{high,med,low}='b000000000101;
10:
{high,med,low}='b000000000101;
11:
{high,med,low}='b000000000101;
12:
{high,med,low}='b000000010000;//高音1
13:
{high,med,low}='b000000010000;
14:
{high,med,low}='b000000010000;
15:
{high,med,low}='b000000010000;
16:
{high,med,low}='b000000000111;//中音7
17:
{high,med,low}='b000000000111;
18:
{high,me
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