eda课设--音乐流水灯设计应用.docVIP

目录 一、绪论 2 1.1设计目的 2 1.2设计内容及要求 2 二、设计原理及方案 3 2.1设计原理 3 2.2设计方案 3 三、设计步骤 5 3.1音乐流水灯模块 5 3.2 16*16点阵及按键选择模块 21 3.3音乐播放时间模块 37 四、设计结果 49 五、心得体会 52 六、参考文献 53 附录A 管脚分配表 54 附录B 动态时序仿真图 56  一、绪论 1.1设计目的 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性。本课程设计通过Altera公司的Quartus II软件配合武汉凌特电子技术有限公司生产的LTE-SOPC-02FD型OPC实验开发系统来完成设计。通过此实验让我们进一步了解，熟悉和掌握CPLD/FPGA开发软件的使用方法及VHDL的编程方法。 1.2设计内容及要求 在本课程设计中使用Altera公司的EP2C35系列的EP2C35F484C7 -FPGA芯片，利用SOPC-NIOSII-EP2C35开发板上的资源，实现一个音乐流水灯。本设计的任务要求通过编程实现一段音乐旋律的循环播放，在音乐播放的过程中，流水灯根据旋律闪烁。 扩展内容： 1 利用数码管显示播放时间 2利用16*16点阵显示播放歌曲名称 3利用4×4键盘阵列键盘实现播放歌曲的切换 二、设计原理及方案 2.1设计原理 音乐流水灯主要是点缀公共场合的装饰品,音乐的播放和流水灯有节奏地闪烁,同时达到听觉和视觉的完美结合,成为构成其必不可少的条件。要了解如何产生不同音阶的音乐,首先要对乐音的特性有所了解。乐音实际上是有固定频率的信号。在乐曲的构成中,乐音的频率和持续的时间是其构成的要素。音阶的各个频率可以通过高频时钟进行分频得到。音频的高低可以通过外部的ＬＥＤ灯的闪烁来显示,这样在音乐和流水灯的配合下可以使人产生强烈的节奏感。总原理框图如图2.1所示。 图2.1 原理框图 2.2设计方案 总体设计流程如下: （1）分频主要是通过一个可控分频器实现的。要得到不同频率的方波，就可以根据此频率计算出分频过程中需要计数的点数，从而通过改变可控分频器的计数初值，在达到计数最大值后对spk端口的信号取反输出不同频率的方波。采用时钟的频率越高,分频系数越大,分频后的音阶频率就越准确。但同时由于分频系数大使用的计数单元增加,从而耗费更多的硬件逻辑单元,本次设计采用1MHZ的时钟信号。音阶频率表如表1所示，各音阶计数初值表如表2所示： 音阶 频率（Hz） 音阶 频率(Hz) 低音1 262 中音2 578 低音2 294 中音3 659 低音3 330 中音5 784 低音5 392 中音6 880 低音6 440 高音1 1046 低音7 494 高音2 1175 中音1 523 高音3 1318 表1 音阶频率表 音阶 计数初值 对应初始值 低音1 01100000101 773 低音2 01110010000 912 低音3 10000001100 1036 低音5 10010101101 1197 低音6 10100001010 1290 低音7 10101011100 1372 中音1 10110000010 1410 中音2 10111001000 1480 中音3 11000000110 1542 中音5 11001010110 1622 中音6 11010000100 1668 高音1 11011000000 1728 高音2 11011100011 1763 高音3 11100000010 1794 表2 音阶初始值表 (2)经过分频后的信号是一个脉宽极窄的时钟信号,必须对其进行脉冲宽度调整,增大占空比,才能有效地驱动蜂鸣器。在脉冲宽度调整时会对此信号再次二分频,所以在计算时,以乐音音阶的二倍频率去求取在特定时钟信号下的分频系数,以便在调整占空比后得到正确的音阶频率。 (3)乐曲的频率变化多端,对应的分频系数也不断变化,因此需要将播放的乐曲的分频系数事先存放在ＲＯＭ中便于读取。如果将分频系数直接作为存储码存放在寄存器中,势必会占有更大的容量。因此在这里选取索引值来作为存储码以减小容量。音阶索引表如表3所示： 音阶 低音1 低音2 低音3 低音5 索引值 1 2 3 5 音阶 低音6 低音7 中音1 中音2 索引值 6 7 8 9 音阶 中音3 中音5 中音6 高音1 索引