VHDL电子琴实验报告.docx
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VHDL电子琴实验报告
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大连理工大学本科实验报告
题目：
电子琴
课程名称：
数字电路课程设计
学院（系）：
电子信息工程
专业：
电子信息工程
班级：
学生姓名：
学号：
完成日期：
成绩：
2010年12月08日
题目：
1设计要求
（1）有两种模式可供选择，分别为弹奏模式和自动演奏模式。
（2）在弹奏模式下，分别按下实验箱上七个键，扬声器分别发出中音Do,Re,Mi,Fa,Sol,La,Ti
（3）在自动演奏模式下，自动循环播放歌曲JingleBells。
（4）由三位数码管分别显示高、中、低音的音符。
2设计分析及系统方案设计
a.设计分析：
电子琴的设计包括四个模块：
弹奏模块keyplay、自动演奏模块autoplay、查表及显示模块table和分频模块fenpin。
弹奏模块keyplay根据按键动作key产生指示音调的index_key
自动演奏模块autoplay接收1024Hz的时钟信号，输出index_auto
查表及显示模块table根据按键button选择采用index_key或ndex_auto来查分频系数表，输出分频系数tone。
同时将音调对应的BCD码code0（低音）、code1（中音）、code2（高音）分别输出给三个数码管。
分频模块fenpin接收tabled输出的分频系数tone，并据此分频，将对应频率的信号buzz输出给扬声器供其发声。
b.系统设计方案：
顶层设计：
输入：
6MHz时钟clk、1024Hz时钟、按键key[6..0]、按键button
输出:
spkout给扬声器
弹奏模块keyplay：
将输入key[6..0]编码为index_key[4..0]。
index_key[4..0]的高两位表示高、中、低音，00表示低音，01表示中音、10表示高音。
由于按键数目有限，只能弹出中音。
index_key[4..0]低三位表示音调，001表示do，010表示re,以此类推，000表示不发音。
自动演奏模块autoplay：
把1024Hz的输入时钟分频为16Hz，作为节拍。
将要自动演奏的歌曲预先写为index_auto的格式（index_auto格式与index_key格式相同）。
以16Hz的频率将index_auto输出。
查表及显示模块table：
（1）输入按键button用于选择模式。
由于是琴键式，不能根据button本身的值来选择模式。
故加一个内部信号choice，button每来一个上升沿，choice翻转一次。
Choice为1则把index_auto赋给内部信号index，否则把index_key赋给它。
（2）用index来查表，获得分频系数tone，输出。
（3）同时根据index获得BCD码表示的高、中、低音的音调，输出给数码管。
分频模块fenpin：
输入分频系数tone。
（1）设置内部信号i用于计数，clk_data作为分频结果。
每次clk上升沿检测i是否等于tone，相等则把i清零，并使clk_data翻转，否则i自增1。
（2）把clk_data赋给输出信号buzz，由buzz驱动扬声器发声。
设计框图：
3系统以及模块硬件电路设计
试验箱使用的是模式3的电路结构。
1.按键PIO7是模式选择按键button，每按下一次改变一次模式
2.按键PIO6-0用于弹奏，在弹奏模式下，被按下时分别发出中音Do,Re,Mi,Fa,Sol,La,Ti。
3.Clk0用于分频以供扬声器发声
4.Clk5用于控制自动演奏节拍
5.三个数码管用于显示高、中、低音音调
下载时选择的开发系统模式以及管脚定义
表1GW48-CK开发系统工作模式：
接口
名称
类型
（输入/输出）
结构图上
的信号名
引脚号
说明
clk
INPUT
CLK0
2
供分频发声
Clk2
INPUT
CLK5
83
供分频获得节拍
Key
INPUT
PIO6-0
11-5
按键弹奏
Button
INPUT
PIO7
16
模式选择
Code0top
OUTPUT
PIO19-16
30-27
低音显示
Code1top
OUTPUT
PIO23-20
38-35
中音显示
Code2top
OUTPUT
PIO27-24
49-47，39
高音显示
Spkout
OUTPUT
SPEAKER
3
发声
4系统的VHDL设计
顶层程序：
top.vhd
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entitytopis
port（clk:
instd_logic;
clk2:
instd_logic;
key:
instd_logic_vector（6downto0）;
button:
instd_logic;
spkout:
outstd_logic;
code0top:
outstd_logic_vector（3downto0）;
code1top:
outstd_logic_vector（3downto0）;
code2top:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endtop;
architecturebehaveoftopis
componentautoplay
port（clk2:
instd_logic;
index_auto:
outstd_logic_vector（4downto0））;
endcomponent;
componentfenpin
port（clk:
instd_logic;
tone:
inintegerrange0to8190;
buzz:
outstd_logic）;
endcomponent;
componenttable
port（index_auto:
instd_logic_vector（4downto0）;
index_key:
instd_logic_vector（4downto0）;
button:
instd_logic;
tone:
outintegerrange0to8190;
code0:
outstd_logic_vector（3downto0）;
code1:
outstd_logic_vector（3downto0）;
code2:
outstd_logic_vector（3downto0）
）;
endcomponent;
componentkeyplay
port（key:
instd_logic_vector（6downto0）;
index_key:
outstd_logic_vector（4downto0）
）;
endcomponent;
signalindex_auto_top:
std_logic_vector（4downto0）;
signalindex_key_top:
std_logic_vector（4downto0）;
signaltone_top:
integerrange0to8190;
begin
u1:
autoplayportmap（clk2=>clk2,index_auto=>index_auto_top）;
u2:
fenpinportmap（clk=>clk,tone=>tone_top,buzz=>spkout）;
u3:
tableportmap（index_auto=>index_auto_top,index_key=>index_key_top,tone=>tone_top,button=>button,code0=>code0top,code1=>code1top,code2=>code2top）;
u4:
keyplayportmap（key=>key,index_key=>index_key_top）;
endbehave;
按键弹奏模块：
keyplay.vhd
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitykeyplayis
port（key:
instd_logic_vector（6downto0）;
index_key:
outstd_logic_vector（4downto0）
）;
end;
architecturebehaveofkeyplayis
begin
process（key）
begin
casekeyis
when""=>index_key<="01001";--按键从右到左依次表示do,re,mi,fa,sol,la,ti
when""=>index_key<="01010";
when""=>index_key<="01011";
when""=>index_key<="01100";
when""=>index_key<="01101";
when""=>index_key<="01110";
when""=>index_key<="01111";
whenothers=>index_key<="00000";
endcase;
endprocess;
endbehave;
自动演奏模块：
autoplay.vhd
libraryIEEE;
useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
useIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entityautoplayis
port（clk2:
instd_logic;
index_auto:
outstd_logic_vector（4downto0））;
end;
architecturebehaveofautoplayis
signalcount:
integerrange0to136;--可根据乐曲长度改变
signaljiepai:
std_logic;
signalj:
integerrange0to60;
begin
jiepai1:
process（clk2）--分频产生16Hz的节拍
begin
ifclk2'eventandclk2='1'then
ifj=30then
j<=0;
jiepai<=notjiepai;
else
j<=j+1;
endif;
endif;
endprocessjiepai1;
--jiepai<=clk2;
process（jiepai）
begin
ifjiepai'eventandjiepai='1'then
ifcount=136thencount<=0;--可根据乐曲长度改变
elsecount<=count+1;
endif;
endif;
endprocess;
music:
process（count）--歌曲jinglebells
begin
casecountis--此case语句：
存储自动演奏部分的曲谱
when0=>index_auto<="01011";--3第一小节
when1=>index_auto<="01011";--3
when2=>index_auto<="01011";--3
when3=>index_auto<="00000";--0
when4=>index_auto<="01011";--3
when5=>index_auto<="01011";--3
when6=>index_auto<="01011";--3
when7=>index_auto<="00000";--0
when8=>index_auto<="01011";--3
when9=>index_auto<="01011";--3
when10=>index_auto<="01011";--3
when11=>index_auto<="01011";--3
when12=>index_auto<="01011";--3
when13=>index_auto<="01011";--3
when14=>index_auto<="01011";--3
when15=>index_auto<="00000";--0
when16=>index_auto<="01011";--3
when17=>index_auto<="01011";--3
when18=>index_auto<="01011";--3
when19=>index_auto<="00000";--0
when20=>index_auto<="01011";--3
when21=>index_auto<="01011";--3
when22=>index_auto<="01011";--3
when23=>index_auto<="00000";--0
when24=>index_auto<="01011";--3
when25=>index_auto<="01011";--3
when26=>index_auto<="01011";--3
when27=>index_auto<="01011";--3
when28=>index_auto<="01011";--3
when29=>index_auto<="01011";--3
when30=>index_auto<="01011";--3
when31=>index_auto<="00000";--0
when32=>index_auto<="00000";--0
when33=>index_auto<="00000";--0
when34=>index_auto<="00000";--0
when35=>index_auto<="01011";--3--第二小节
when36=>index_auto<="01011";--3
when37=>index_auto<="01011";--3
when38=>index_auto<="00000";--0
when39=>index_auto<="01101";--5
when40=>index_auto<="01101";--5
when41=>index_auto<="01101";--5
when42=>index_auto<="00000";--0
when43=>index_auto<="01001";--1
when44=>index_auto<="01001";--1
when45=>index_auto<="01001";--1
when46=>index_auto<="01001";--1
when47=>index_auto<="00000";--0
when48=>index_auto<="01010";--2
when49=>index_auto<="01010";--2
when50=>index_auto<="00000";--0
when51=>index_auto<="01011";--3
when52=>index_auto<="01011";--3
when53=>index_auto<="01011";--3
when54=>index_auto<="01011";--3
when55=>index_auto<="01011";--3
when56=>index_auto<="01011";--3
when57=>index_auto<="01011";--3
when58=>index_auto<="01011";--3
when59=>index_auto<="01011";--3
when60=>index_auto<="01011";--3
when61=>index_auto<="01011";--3
when62=>index_auto<="01011";--0
when63=>index_auto<="00000";--0
when64=>index_auto<="00000";--0
when65=>index_auto<="00000";--0
when66=>index_auto<="00000";--0
when67=>index_auto<="00000";--0
when68=>index_auto<="00000";--0
when69=>index_auto<="00000";--0
when70=>index_auto<="01100";--4--第三小节
when71=>index_auto<="01100";--4
when72=>index_auto<="01100";--4
when73=>index_auto<="00000";--0
when74=>index_auto<="01100";--4
when75=>index_auto<="01100";--4
when76=>index_auto<="01100";--4
when77=>index_auto<="00000";--0
when78=>index_auto<="01100";--4
when79=>index_auto<="01100";--4
when80=>index_auto<="01100";--4
when81=>index_auto<="01100";--4
when82=>index_auto<="00000";--0
when83=>index_auto<="01100";--4
when84=>index_auto<="01100";--4
when85=>index_auto<="00000";--0
when86=>index_auto<="01100";--4
when87=>index_auto<="01100";--4
when88=>index_auto<="01100";--4
when89=>index_auto<="00000";--0
when90=>index_auto<="01011";--3
when91=>index_auto<="01011";--3
when92=>index_auto<="01011";--3
when93=>index_auto<="00000";--0
when94=>index_auto<="01011";--3
when95=>index_auto<="01011";--3
when96=>index_auto<="01011";--0
when97=>index_auto<="01011";--3
when98=>index_auto<="01011";--3
when99=>index_auto<="01011";--0
when100=>index_auto<="01011";--3
when101=>index_auto<="01011";--3
when102=>index_auto<="01101";--5第四小节
when103=>index_auto<="01101";--5
when104=>index_auto<="01101";--5
when105=>index_auto<="00000";--0
when106=>index_auto<="01101";--5
when107=>index_auto<="01101";--5
when108=>index_auto<="01101";--5
when109=>index_auto<="00000";--0
when110=>index_auto<="01101";--4
when111=>index_auto<="01100";--4
when112=>index_auto<="01100";--4
when113=>index_auto<="00000";--0
when114=>index_auto<="01010";--2
when115=>index_auto<="01010";--2
when116=>index_auto<="01010";--2
when117=>index_auto<="00000";--0
when118=>index_auto<="01001";--1
when119=>index_auto<="01001";--1
when120=>index_auto<="01001";--1
when121=>index_auto<="01001";--1
when122=>index_auto<="01001";--1
when123=>index_auto<="01001";--1
when124=>index_auto<="01001";--1
when125=>index_auto<="01001";--1
when126=>index_auto<="01001";--1
when127=>index_auto<="01001";--1
when128=>index_auto<="01001";--1
when129=>index_auto<="00000";--0
when130=>index_auto<="00000";--0
when131=>index_auto<="00000";
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