《音乐盒的实现》实验报告.pdf

原创性(30分)功能实现(30分)实验报告质量(30分)扩展性及创新性(30分)总分(120分)

《EDA技术与应用》实验8——课程设计

音乐盒的实现

姓名学号分工

关蓉程序的编写与修改

付胜男资料的搜集与整合，各图表的绘制与计算

摘要（简要介绍设计目的，方法及实验完成情况）

现在的很多装饰品上都会用到八音盒，八音盒的种类也越来越多，但是基本原理都是相

同的，音乐盒的实现也给我们的生活带来了很多乐趣。

EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。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VHDL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，减轻了设计者的劳动强度。在教学方面，几乎所有理工科类的高校都开设了

EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握

逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。

一般学习电路仿真工具和PLD开发工具，为今后工作打下基础。

本实验是使用verillogHDL设计的一个可以演奏梁祝的音乐盒，程序经过调试和下载后，

可在实验箱上实现开始和复位功能。

一设计任务与要求

1.1设计任务

（1）使用VerilogHDL设计一个可以演奏梁祝的音乐盒；

（2）输入为2个按键，实现复位和开始；

（3）输出为GW48实验箱的扬声器；

（4）查阅相关资料，明确音符和频率的对应关系，根据梁祝的乐谱设计Verilog程序，完

成音乐盒的制作。

1.2设计要求

1、设计正确，方案合理。界面友好，使用方便。程序精炼，结构清晰。

2、有详细的文档。包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。

二系统方案设计

2.1工作原理

组成乐曲的每个音符的频率值（音调）及其持续的时间（音长）是乐曲能连续演奏所需

的两个基本数据，因此只要控制输出到扬声器的激励信号频率的高低和持续的时间，就可以

使扬声器发出连续的乐曲声。

2.2基本设计思想

（1）根据系统的设计要求，系统采用自顶向下的设计方法系统由数控分频器、节拍控制

器以及音阶发生器组成。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。节拍控制器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。由音阶发生器产生音符对应的频率的信号来使扬声器发音。

（2）音乐盒的实现：由实验箱上的扬声器实现

（3）根据层次化设计理论，改程序问题自顶向下可以分为分频模块、节拍控制器模块、

音节发生器模块和数控分频器模块，其西戎框图如下图所示：

三具体模块实现

3.11节拍控制器模块NoteTabs

用于产生节拍控制盒音阶选择信号，即在NoteTabs模块中放置所要演奏的乐曲，由一个

计数器的计数值来控制此乐谱的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号。

输出的信号为3个4位2进制数，分别表示高、中、低三个音阶的1~7的音

3.12音阶发生器ToneTaba

当12位发声控制输入{high，med，low}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，作为该音阶的分频初始值。

3.13数控分频器speakera

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初始值，对端口Clk12.5MHZ输入的频率进行分频，之后由speaker

向扬声器输出发声。在模