西南科技大学FPGA实验报告四2015

硬件电子琴的制作

西南科技大学 实验报告

课程名称： FPGA

实验名称： 硬件电子琴电路设计

姓 名： 学 号: 2012 班 级： 电子12 指导教师：

西南科技大学信息工程学院制

硬件电子琴的制作

实验题目

一、 实验原理

主系统由3个模块组成，例1是顶层设计文件，其内部有三个功能模块（如图1所示）：Speakera.v(例4) 和ToneTaba.v (例3)，NoteTabs.v (例2)。

模块ToneTaba是音阶发生器，当8位发声控制输入Index中某一位为高电平时，则对

应某一音阶的数值将从端口Tone输出，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。

模块Speakera中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构

成，当模块Speakera由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。

增加一个NoteTabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，

即在NoteTabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。

二、 实验步骤

分四步

1、将待播放的《梁祝》音乐音符存入ROM：建立一个.txt的文本文件，将梁祝的音乐音乐音符数据写入，再将后缀名改为.coe文件。

建立一个IP core，名为MUSIC.将MUSIC.core添加到IP core中。

2、建立一个NoteTabs.V文件，从Music.v的ROM（只读存储器）读取数据，进行节拍控制，和音阶选择。经过仿真无误后进行下一步。

3、建立 div_50_12 module，将50MHZ的时钟频率转化成12.5MHZ近似为12MHZ。 4、建立 div_50_4 module，对50MHZ的时钟频率分频成4HZ。

5、建立ToneTaba module，获得该音阶的分频预置值，音阶简谱的显示数码，音阶高8度显示。

6、建立 Speakera module，获得分频预置值，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。

硬件电子琴的制作

三、 实验结果及分析

50ＭHZ分为12MHZ的代码：

module div_50_12(clk_50M,clk_12MHZ,reset); input clk_50M; input reset; output clk_12MHZ; reg [1:0] counter; reg clk_12MHZ;

always @ (posedge clk_50M or negedge reset) if(!reset)

counter <= 2'b000; else

if(counter == 4)//分频预置数4，实际上的频率是12.5MHZ counter <= 2'b00;

else

counter <= counter + 1'b1;

always @ (posedge clk_50M or negedge reset) if(!reset) clk_12MHZ <= 1'b0; else begin

if(counter ==2'b11) clk_12MHZ <= 1'b1; else clk_12MHZ <= 1'b0;

end

Endmodule 仿真波形：

硬件电子琴的制作

分析：频率近似为12分频，因为在always中同一个变量counter的指不能被赋值两次，否则容易引起竞争冒险等问题。

2、NoteTabs模块的测试，仿真波形如图所示：

分析：因为梁祝音乐中写入的开头有1拍的‘3’，又因为是以1/4拍的形式存放在ROM里的，所以NoteTabs是4个1/4拍的’3’。3/4拍的’5’。 附：仿真的test fixture文件 module test_NoteTabs;

reg Clk;

wire [3:0] ToneIndex; NoteTabs uut ( );

initial begin

Clk = 0;

forever #10 Clk=~Clk;//因为时钟是50MＨＺ，所以１／２Ｔ＝１０ｎｓ

.Clk(Clk),

.ToneIndex(ToneIndex)

end initial #1000 $stop;

endmodule

3、ToneTaba模块的仿真与测试 仿真波形为：

硬件电子琴的制作

分析：可知当index=0001时，tone=1403d=01100000101b，符合要求，正确 测试代码：module TestToneTaba;

reg [3:0] Index; wire [3:0] Code; wire High; wire [10:0] Tone; ToneTaba uut ( ); initial begin

#50; Index=1; #30; Index=2; #20; Index=3; #100；

.Index(Index), .Code(Code), .High(High), .Tone(Tone)

Index = 0;

end

endmodule

4、顶层模块的例化，然后进行综合，布局布线，生成课执行文件.bit文件，下载到板子上去。 顶层模块代码：

module songer(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout); input clk_50M;//CLK=50MHZ input reset; output[3:0] Code1; output High1,Spkout;

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wire[10:0] Tone; wire[3:0] ToneIndex; wire clk_4HZ,clk_12M; NoteTabs u0( .Clk(clk_4HZ),

.ToneIndex(ToneIndex) );

ToneTaba u1( .Index(ToneIndex), .Code(Code1), .High(High1),

.Tone(Tone) ); Speakera u2( .Clk(clk_12M), .Tone(Tone),

.SpkS(Spkout) ); div_50_12 u3(clk_50M,clk_12M,reset); div_50_4HZ u4(clk_50M,clk_4HZ,reset); endmodule

四、 实验思考题解答(实验指导书要求的思考题)

1、答：输出的频率要在扬声器的工作频率范围内，输出的电流要能够直接驱动扬声器的正常工作

2、答：将存储音符的ROM里面的内容改变，将notetabs里面的读取乐符数改变

五、 体会

这是我第一次的实验成功，主要归结于自己平时下课后不停的摸索，预习。学会了自己编写激励文件，改变了原始的画波形方式。

对于实验的波形观察也有了深刻的理解，但是我们所有的模块都是用的always语句，可以尝试一下用其他的语句实现同样的功能，增加我们对于语言使用的灵活性。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0r04.html