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前言 乐曲演奏广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话、及智能仪器仪表设备。实现方法有许多种，随着FPGA集成度的提高，价格下降，EDA设计工具更新换代功能日益普及与流行，使这种方案的应用越来越多。如今的数字逻辑设计者面临日益缩短的上市时间的压力，不得不进行上万门的设计，同时设计者不允许以牺牲硅的效率达到保持结构的独特性。使用现今的EDA软件工具来应付这些问题，并不是一件简单的事情。FPGA预装了很多已构造好的参数化库单元LPM器件。通过引入支持LPM的EDA软件工具，设计者可以设计出结构独立而且硅片的使用效率非常高的产品。 本文设在EDA开发平台上利用VHDL语言设计数控分频器电路，利用数控分频的原理设计乐曲硬件演奏电路，并定制LPM-ROM存储音乐数据，以“月亮代表我的心”乐曲为例，将音乐数据存储到LPM-ROM，就达到了以纯硬件的手段来实现乐曲的演奏效果。只要修改LPM-ROM所存储的音乐数据，将其换成其他乐曲的音乐数据，再重新定制LPM-ROM，连接到程序中就可以实现其它乐曲的演奏。 目录 一：设计主要内容及要求……………………………………………1 1.课程设计题目………………………………………………1 2.乐曲演奏原理……………………………………………………1 3.设计分析……………………………………………………1 二：应用器件…………………………………………………3 三：功能模块：（①模块图形、②程序、③硬件下载测试） 1.分频计数器（NoteTabs）………………………………………3 2.数据翻译模块（TonTaba）………………………………4 3.数控分频器模块（Speakera）……………………………5 4.乐谱数据ROM…………………………………6 5.顶层文件………………………………………………7 6.硬件下载与测试…………………………………7 四：心得体会…………………………………………………………8 参考文献 《月亮代表我的心》乐曲硬件演奏电路设计 一、设计主要内容及要求 1. 课程设计题目 《月亮代表我的心》乐曲硬件演奏电路设计 2、乐曲演奏原理 （1） 声音的频谱范围一般在几十到几千赫兹，利用程序来控制FPGA芯片某个引脚输出一定频率的矩形波，接上扬声器就能发出相应频率的声音。乐曲中的每个音符对应着一定的频率，因此，想要发出不同音符的音调，只要能控制输出相应音符的频率即可。乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符所对应的频率，就可以往扬声器上连续地发出各个音符的音调。乐曲硬件演奏电路系统主要有数控分频器和乐曲存储模块组成。数控分频器对FPGA的基准频率进行分频，得到与各个音阶对应的频率输出。乐曲存储模块产生节拍控制和音阶选择信号，即在此模块中可存放一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器来控制此真值表的输出，而由计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号。 （2）各音调初值的获得 多个不同频率的信号可通过对某个基准频率进行分频器获得。由于各个音符的频率多为非整数，而分频系数又不能为小数，故必须将计算机得到的分频系数四舍五入取整。若基准频率过低，则分频系数过小，四舍五入取整后的误差较大。若基准频率过高，虽然可以减少频率的相对误差，但分频结构将变大。实际上应该综合考虑这两个方面的因素，在尽量减少误差的前提下，选取合适的基准频率。根据分频系数，可计算数控分频器得到的初始值 选择频率为12MHZ， 其中为音阶对应的频率。 则初值如表1 表1 各音阶频率对应的分频值 音名 分频系数 初始值 音名 分频系数 初始值 音名 分频系数 初始值 低音1 1274 773 中音1 637 1410 高音1 319 1728 低音2 1135 912 中音2 587 1480 高音2 277 1770 低音3 1011 1036 中音3 505 1542 高音3 248 1799 低音4 970 1077 中音4 468 1579 高音4 233 1814 低音5 950 1197 中音5 425 1622 高音5 208 1839 低音6 757 1290 中音6 379 1668 高音6 185 1862 低音7 675 1372 中音7 330 1717 高音7 165 1882 （3）乐曲节奏的控制 一般乐曲最小的节拍为1/4拍，若将1拍的时间定为1秒，则只需要输出4Hz的1/4拍的时长（0.25秒），对于其它占用时间较长的节拍（必为1/4拍的整数倍）则只需要将该音符连续输出相应的次数即可。 计数器的计数频率选为