數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)之電子琴

1、<p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)之電子琴</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)八音電子琴，能通過八個(gè)鍵進(jìn)行手動控制音響，也可以通過自動控制有效自動播放一段音樂。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)模塊：一個(gè)

2、模塊是主程序，一個(gè)模塊是自動播放音樂部分，一個(gè)模塊是音調(diào)發(fā)生器部分，一個(gè)模塊是數(shù)控分頻部分。通過接口和結(jié)構(gòu)體component的定義將各個(gè)模塊連接起來。</p><p>　　本程序總的有11個(gè)輸入，1個(gè)輸出，2個(gè)輸入為時(shí)鐘脈沖，1個(gè)輸入是控制電子琴自動演奏或者手動演奏的使能端，8個(gè)輸入端為電子琴的八個(gè)鍵，1個(gè)輸出為揚(yáng)聲器輸出音樂。</p><p>　　在音調(diào)發(fā)生器部分中，需要按照模=500

3、00/頻率的方法進(jìn)行分頻，但是要達(dá)到提高音量使占空比為50%的效果還需要再對信號進(jìn)行二分頻，因此最后得到的音調(diào)發(fā)生器進(jìn)行分頻預(yù)置值如下：</p><p>　　當(dāng)某位音符電平輸入有效時(shí)，對應(yīng)不同的分頻預(yù)置值，將分頻預(yù)置值輸出并作為數(shù)控分頻部分的輸入，分頻預(yù)置值控制對主頻的分頻。</p><p>　　在數(shù)控分頻部分，將輸入的分頻預(yù)置值和時(shí)鐘脈沖作為輸入，最后輸出直接連接揚(yáng)聲器。這一部分一共包含

4、了兩個(gè)進(jìn)程，第一個(gè)進(jìn)程是根據(jù)不同音符的不同頻率進(jìn)行在主頻下進(jìn)行分頻，得到音符的相應(yīng)頻率，第二個(gè)進(jìn)程是為了提高音量使占空比為50%而進(jìn)行二分頻。</p><p>　　在自動播放部分，1個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入，1個(gè)自動播放的使能端輸入，還有8個(gè)音符的鍵為輸入，輸出為音符對應(yīng)的8位高低電平，輸出連接到音調(diào)發(fā)生器的8位輸入，如果自動播放的使能端（auto）無效則進(jìn)行手動操作，在手動操作下，該模塊的輸出直接為輸入。如果自動播放的使

5、能端輸入有效，則播放事先存儲的一段音樂，首先將主頻50ＫＨＺ進(jìn)行10000分頻，因此一個(gè)脈沖為０.２秒，每來一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并播放一個(gè)音符。直到設(shè)置的音符全部播放完畢，計(jì)數(shù)器回０。</p><p><b>　　源代碼：</b></p><p>　　主模塊部分：定義了結(jié)構(gòu)體和各模塊函數(shù)</p><p>　　library ieee;</p&

6、gt;<p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_arith.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity piano is</p><p>　　port(clk

7、0,clk1:in std_logic;</p><p>　　auto:in std_logic;</p><p>　　inplay:in std_logic_vector(7 downto 0);</p><p>　　play:out std_logic);</p><p>　　end piano;</p><p>

8、　　architecture run of piano is</p><p>　　component autoplay is　　　　　　　－－自動播放部分</p><p>　　port(A:in std_logic_vector(7 downto 0);</p><p>　　B,C:in std_logic;</p><p>　　D:out

9、std_logic_vector(7 downto 0));</p><p>　　end component;</p><p>　　component tone is　　　　　　　　?。粽{(diào)發(fā)生器部分</p><p>　　port(A:in std_logic_vector(7 downto 0);</p><p>　　B:out inte

10、ger range 0 to 170);</p><p>　　end component;</p><p>　　component control is　　　　　　　　－－數(shù)控分頻部分</p><p>　　port(A:in std_logic;</p><p>　　B:in integer range 0 to 170;</p>

11、<p>　　C:out std_logic);</p><p>　　end component;</p><p>　　signal sw0:std_logic_vector(7 downto 0);</p><p>　?。詣硬シ挪糠值妮敵龊鸵粽{(diào)發(fā)生器的輸入，表示八個(gè)音符</p><p>　　signal tone0:inte

12、ger range 0 to 170;</p><p>　　－－音調(diào)發(fā)生器的輸出和數(shù)控分頻部分的輸入，表示音符的頻率</p><p>　　begin 　　　　　　　　　――在這個(gè)進(jìn)程中把各個(gè)部分連接起來</p><p>　　G1:autoplay port map(A=>inplay,B=>auto,C=>clk0,D=>sw0);</

13、p><p>　　G2:tone port map(A=>sw0,B=>tone0);</p><p>　　G3:control port map(A=>clk1,B=>tone0,C=>play);</p><p><b>　　end run;</b></p><p><b>　　自動

14、播放模塊：</b></p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_arith.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p>

15、<p>　　entity autoplay is</p><p>　　port(A:in std_logic_vector(7 downto 0); --A=>inplay,B=>auto,C=>clk0,D=>sw0</p><p>　　B,C:in std_logic;</p><p>　　D:out std_logic_

16、vector(7 downto 0));</p><p>　　end autoplay;</p><p>　　architecture music of autoplay is</p><p>　　signal clk2:std_logic; --對50ＫＨＺ脈沖進(jìn)行分頻得到的５ＨＺ的脈沖信號</p><p>　　signal count0

17、:integer range 0 to 62; --記錄自動播放的樂曲的脈沖并控制播放</p><p>　　signal count3:integer range 0 to 10000;--分頻時(shí)的計(jì)數(shù)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　separate:process(C,B)　――分頻將脈沖變?yōu)椋担龋诘男盘?/p>

18、</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if B='0' then count3<=0;clk2<='0';</p><p>　　elsif(C'event and C='1') then count3<=count3+1;</p&g

19、t;<p>　　if count3=5000 then clk2<='1';</p><p>　　elsif count3=10000 then clk2<='0';count3<=0;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　en

20、d if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　half:process(clk2)　</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(clk2'event and clk2='1') then　　</p>

21、<p>　　――如果脈沖個(gè)數(shù)多于自動播放的音符，則計(jì)數(shù)器回０，否則記錄第幾個(gè)脈沖</p><p>　　if count0=62 then count0<=0;　 </p><p>　　else count0<=count0+1;</p><p><b>　　end if;</b></p>&

22、lt;p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　musicplay:process(C,B,A)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if B='1' then　　</p>

23、;<p>　　――啟動自動播放后，在５ＨＺ的脈沖下，每來一個(gè)脈沖相應(yīng)播放一個(gè)音符</p><p>　　case count0 is</p><p>　　when 0 => D<="00010000";</p><p>　　when 1 => D<="00000100";</p>

24、<p>　　when 2 => D<="00000100";</p><p>　　when 3 => D<="00000100";</p><p>　　when 4 => D<="00001000";</p><p>　　when 5 => D<

25、="00000010";</p><p>　　when 6 => D<="00000010";</p><p>　　when 7 => D<="00000010";</p><p>　　when 8 => D<="00000001";</p>

26、;<p>　　when 9 => D<="00000010";</p><p>　　when 10 => D<="00000100";</p><p>　　when 11 => D<="00001000";</p><p>　　when 12 => D

27、<="00010000";</p><p>　　when 13 => D<="00010000";</p><p>　　when 14 => D<="00010000";</p><p>　　when 15 => D<="00010000";&l

28、t;/p><p>　　when 16 => D<="00010000";</p><p>　　when 17 => D<="00000100";</p><p>　　when 18 => D<="00000100";</p><p>　　when 19

29、 => D<="00001000";</p><p>　　when 20 => D<="00000010";</p><p>　　when 21 => D<="00000010";</p><p>　　when 22 => D<="00000010&

30、quot;;</p><p>　　when 23 => D<="00000001";</p><p>　　when 24 => D<="00000100";</p><p>　　when 25 => D<="00010000";</p><p>　

31、　when 26 => D<="00010000";</p><p>　　when 27 => D<="00000001";</p><p>　　when 28 => D<="00000001";</p><p>　　when 29 => D<="0

32、0000001";</p><p>　　when 30 => D<="00000001";</p><p>　　when 31 => D<="00000010";</p><p>　　when 32 => D<="00000010";</p>&l

33、t;p>　　when 33 => D<="00000010";</p><p>　　when 34 => D<="00000010";</p><p>　　when 35 => D<="00000010";</p><p>　　when 36 => D<

34、="00000100";</p><p>　　when 37 => D<="00001000";</p><p>　　when 38 => D<="00001000";</p><p>　　when 39 => D<="00000100";</p

35、><p>　　when 40 => D<="00000100";</p><p>　　when 41 => D<="00000100";</p><p>　　when 42 => D<="00000100";</p><p>　　when 43 =&g

36、t; D<="00000100";</p><p>　　when 44 => D<="00001000";</p><p>　　when 45 => D<="00010000";</p><p>　　when 46 => D<="00010000"

37、;;</p><p>　　when 47 => D<="00010000";</p><p>　　when 48 => D<="00000100";</p><p>　　when 49 => D<="00000100";</p><p>　　whe

38、n 50 => D<="00000100";</p><p>　　when 51 => D<="00001000";</p><p>　　when 52 => D<="00000010";</p><p>　　when 53 => D<="00000

39、010";</p><p>　　when 54 => D<="00000010";</p><p>　　when 55 => D<="00000001";</p><p>　　when 56 => D<="00000100";</p><p&

40、gt;　　when 57 => D<="00010000";</p><p>　　when 58 => D<="00010000";</p><p>　　when 59 => D<="00000001";</p><p>　　when 60 => D<=&qu

41、ot;00000001";</p><p>　　when 61 => D<="00000001";</p><p>　　when 62 => D<="00000001";</p><p>　　when others => null;</p><p><b&g

42、t;　　end case;</b></p><p>　　else D<=A;　－－如果不進(jìn)行自動播放，則將輸入８位音符直接輸出，并且不執(zhí)行前兩個(gè)進(jìn)程的操作</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　end music;<

43、/p><p><b>　　音調(diào)發(fā)生器模塊：</b></p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_arith.all;</p><p>　　use ieee.std

44、_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity tone is</p><p>　　port(A:in std_logic_vector(7 downto 0);　　　――輸入的是８位音符的電平</p><p>　　B:out integer range 0 to 170);　　――輸出的是各音符對應(yīng)的模值</p><

45、p><b>　　end tone;</b></p><p>　　architecture rtl of tone is</p><p><b>　　begin </b></p><p>　　search:process(A)</p><p><b>　　begin</b>

46、</p><p><b>　　case A is</b></p><p>　　when "00000001" =>B<=95;</p><p>　　when "00000010" =>B<=85;</p><p>　　when "00000100&

47、quot; =>B<=75;</p><p>　　when "00001000" =>B<=71;</p><p>　　when "00010000" =>B<=63;</p><p>　　when "00100000" =>B<=56;</p>

48、<p>　　when "01000000" =>B<=50;</p><p>　　when "10000000" =>B<=47;</p><p>　　when others =>B<=170;</p><p><b>　　end case;</b><

49、/p><p>　　end process;</p><p><b>　　end rtl;</b></p><p><b>　　數(shù)控分頻模塊：</b></p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;<

50、;/p><p>　　use ieee.std_logic_arith.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　entity control is</p><p>　　port(A:in std_logic;　　　――時(shí)鐘信號</p><p>　　B

51、:in integer range 0 to 170;　　――各音符的模值</p><p>　　C:out std_logic);</p><p>　　end control;</p><p>　　architecture abc of control is</p><p>　　signal spk:std_logic;</p>

52、<p><b>　　begin</b></p><p>　　twoclock:process(A,B)</p><p>　　――將各個(gè)音符按照不同的模值分頻得到各音符的頻率的２倍</p><p>　　variable count1:integer range 0 to 170; </p><p><b&

53、gt;　　begin </b></p><p>　　if(A'event and A='1') then 　　 </p><p>　　if count1=B then count1:=0;spk<='1';</p><p>　　else count1:=count1+1;spk<='0

54、9;;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　reverse:process(spk)　――二分頻使占空比為５０％并直接輸出</p><p>　

55、　variable count2:std_logic;</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(spk'event and spk='1') then count2:=not count2;</p><p>　　if count2='1' then C<=&#

56、39;1';</p><p>　　else C<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p><b>　

57、　end abc;</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)總結(jié)：</b></p><p>　　在這次實(shí)驗(yàn)中，我們首先想到的是做實(shí)現(xiàn)手動操作的電子琴，但是在后面的電子鐘實(shí)驗(yàn)中整點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)需要播放一段音樂，因此想到了在電子琴的實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)手動操作和自動播放兩種模式,，并且也遇到了很多問題。在初學(xué)VHDL語言時(shí)并沒有編寫復(fù)雜的程序，但是在這次課程設(shè)計(jì)中涉及到了工程

58、、模塊、分頻等內(nèi)容，，接觸了很多新的內(nèi)容，也遇到了很多困難，但是通過小組的討論和學(xué)習(xí)都得到了很好的解決。</p><p>　　遇到的問題1、：只知道分頻的含義而不知道VHDL語言中怎么實(shí)現(xiàn)操作。解決：通過查資料知道了分頻是通過計(jì)數(shù)記錄脈沖的個(gè)數(shù)，根據(jù)要求按照脈沖的個(gè)數(shù)調(diào)整輸出脈沖。</p><p>　　2、不知道怎么實(shí)現(xiàn)自動播放。解決：通過來脈沖信號的個(gè)數(shù)來控制每個(gè)音符的輸出，每個(gè)脈沖對應(yīng)

59、每個(gè)音符。</p><p>　　3、編譯錯誤很多，存在各個(gè)模塊之間的接口的定義不一致的情況而導(dǎo)致的編譯錯誤，在自動播放模塊中與主函數(shù)的定義不匹配，導(dǎo)致代碼的變量多處不匹配。而且在自動播放模塊與音調(diào)發(fā)生器模塊的連接接口也有不匹配的情況，所以在編譯器的提示下將這些問題一一解決了。在自動播放部分，在進(jìn)程中定義了一個(gè)variable變量count0但是對它賦值的語句也不能通過編譯，在改為signal變量并在進(jìn)程外定義時(shí)編