文档介绍：2014-2015 学年 第 1 学期
山东科技大学电工电子实验教学中心
创新性实验研究报告
实验项目名称＿＿乐曲硬件演奏电路设计＿
组长姓名 童瑶 学号4
联系电话
成员姓名 学号
成员姓名 学号
专 业 电气工程及其自动化 班级 2012-2
指导教师及职称 吕常智
2015年 1 月 15日
一、实验摘要
本实验是要完成一小段音乐程序的开发，然后再用扬声器进行试听。本实验主要分析了乐曲演奏设计中音符、频率、节拍与编码的相互关系，并在EDA开发工具MAX-plus II平台上，采用VHDL语言及原理图的设计方法，实现了基于FPG***上系统动态显示可选择“梁祝”乐曲的乐曲演奏器的设计，使乐曲演奏数字电路的设计得到了更好的优化，提高了设计的灵活性。
二、实验目的
了解一般乐曲演奏电路设计设计方法,学****VHDL语言，熟悉EDA设计软件QuartusII，加强独立完成电子设计的能力。  
能够播放“梁祝”乐曲使乐曲演奏数字电路的设计得到了更好的优化，提高了设计的灵活性。 
（2）能够通过LED显示音阶。
三、实验场地及仪器、设备和材料：
实验场地：山东科技大学EDA实验室
实验仪器：实验箱GW48 EDA/SOPC
硬件要求：选择模式五，频率选择4MHZ和12MHZ
四、实验内容
实验原理
本实验是要完成一小段音乐程序的开发，然后再用扬声器进行试听。下面主要介绍一下完成本实验的几个主要部分的工作原理. 
音符的产生：音符的产生是利用计数器对输入的时钟信号进行分频，然后输出不同的频率来控制扬声器发出不同的声音。计数器必须是模可变的计数器，也就是其初始值可变，这样便可以对其进行初始化，使其从不同的初始值开始计数，实现对输出时钟信号的不同分频。 
节拍的产生：节拍也是利用计数器来实现的，如果某一个音符需要维持的时间比较长，那么就可以在此计数器从计数值A到计数值B之间都维持该音符，很显然，A和B之间的间隔越大，那么该音符维持的时间也就越长。 
乐谱的存储：乐谱是一个固定的组合电路，根据不同的输入值，然后输出一个固定的值，该值就是音符产生计数器的分频的初始值。 
适当的选择这些计数器和组合电路，便可完成不同的乐曲和不同的节奏。
乐曲演奏电路的结构框图如下：
图1 乐曲演奏电路结构框图
（1）音符与频率的关系
各音阶频率计相应的分频系数如表1所示。为了减少输出的偶次谐波分量，最后输出到扬声器的波形应为对称方波，因此在到达扬声器之前，又经过一个2分频的分频器。表1的分频系数就是从4MHZ频率2分频得到的2MHZ频率基础上计算得出的。
表1各音阶频率对应的分频表
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
7644
547
中音1
3822
4369
高音1
1911
6280
低音2
6810
1381
中音2
3405
4786
高音2
1270
6921
低音3
6067
2124
中音3
3034
5157
高音3
1517
6674
低音4
5727
2464
中音4
2864
5327
高音4
1432
6759
低音5
5102
3089
中音5
2551
5640
高音5
1256
6935
低音6
4545
3646
中音6
2273
5918
高音6
1137
7054
低音7
4050
4141
中音7
2025
6166
高音7
1013
7178
由于最大分频系数是7644，故采用13位二进制计数器已能满足分频的要求。在表2中，除了给出了分频比例外，还给出了对应于各个音阶频率时计数器不同的初始值，对于乐曲中的休止符，要将分频系数设为0，即初始值位8191即可，此时扬声器将不会发声。对于不同的分频系数，加载不同的初始值即可。用加载初始值而不是将分频输出译码反馈，可以有效地减少成本设计占用可编程逻辑器件的资源，也是同步计数器一个常用设计技巧。
（2）控制音长的节拍发生器
该演奏电路演奏的乐曲是“梁祝”