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周祥音乐演奏系统.doc

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车辆与动力工程学院课程设计说明书 音乐演奏系统 摘要 音乐演奏系统目前得到广泛应用，实现方法也有许多种，但随着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，使运用EDA技术设计该系统的方案的应用越来越多。因为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。 本次课程设计在EDA开发工具QuartusII9.1平台上利用VHDL语言设计4X4矩阵式键盘电路Key_encoder，自动音乐播放控制电路NoteTabs，数控分频器电路Tone_Tab1，二选一数据选择电路Mux21c，音节频率产生电路Speakera，利用数控分频的原理设计实现手动按键输入和自动播放功能的音乐演奏系统电路，并通过定制LPM-ROM存储音乐数据，以“两只蝴蝶”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。要想实现其他乐曲的演奏效果，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。基于FPGA芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思维，实现多种复杂数字逻辑系统的功能，因此基于上述同一原理，可设置不同按键对应不同的音符，实现手动按键输入，达到电子琴的功能，提高了设计的灵活性和可扩展性。经过对整体进行模块化分析、编程、综合、仿真及最终下载，完整实现简易音乐器的播放功能。 关键字：EDA，VHDL，数控分频，FPGA，音乐演奏系统。 目录 TOC\o"1-3"\u第一章绪论 PAGEREF_Toc330033854\h1 §1.1设计目的和任务要求 PAGEREF_Toc330033855\h1 §1.1.1设计目的 PAGEREF_Toc330033856\h1 §1.1.2设计任务要求 PAGEREF_Toc330033858\h1 §1.2EDA技术 PAGEREF_Toc330033860\h1 §1.3VHDL语言 PAGEREF_Toc330033861\h2 §1.4FPGA简介 PAGEREF_Toc330033862\h2 第二章总体设计 PAGEREF_Toc330033863\h4 §2.1音乐演奏系统组成 PAGEREF_Toc330033864\h4 §2.1.1音乐演奏系统电路基本原理 PAGEREF_Toc330033867\h4 §2.1.2音符频率的得到 PAGEREF_Toc330033868\h5 §2.1.3自动播放乐曲节奏控制 PAGEREF_Toc330033869\h5 §2.1.4乐谱发生器 PAGEREF_Toc330033870\h6 §2.1.54×4矩阵式键盘 PAGEREF_Toc330033871\h6 §2.1.6音乐演奏电路总体设计 PAGEREF_Toc330033872\h6 §2.2总体程序设计 PAGEREF_Toc330033874\h7 §2.2.1顶层模块VHDL程序 PAGEREF_Toc330033875\h7 §2.2.2单元模块设计 PAGEREF_Toc330033876\h9 §2.2.34X4矩阵式键盘Key_encoderVHDL程序设计 PAGEREF_Toc330033877\h9 §2.2.4自动乐曲播放模块NoteTabsVHDL程序设计 PAGEREF_Toc330033878\h10 §2.2.5定制音符数据的ROM文件 PAGEREF_Toc330033879\h11 §2.2.6音乐谱对应分频预置数查表电路Tone_tab1VHDL程序设计 PAGEREF_Toc330033880\h12 §2.2.7Speakera音乐符数控分频模块VHDL程序设计 PAGEREF_Toc330033881\h14 §2.2.84位数据宽度的二选一多路选择器Mux21cVHDL程序设计 PAGEREF_Toc330033882\h15 §2.3VHDL音乐演奏系统仿真与调试 PAGEREF_Toc330033883\h16 §2.3.1自动乐曲播放模块NoteTabs的仿真 PAGEREF_Toc330033884\h16 §2.3.2音乐谱对应分频预置数查表电路Tone_tab1模块的仿真 PAGEREF_Toc330033885\h17 §2.3.2Speakera音乐符数控分频模块的仿真 PAGE