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1电子设计自动化课程设计报告院系：信息工程学院专业：电子信息工程学号：姓名：指导教师：2013年月日2目录1设计目的………………………………………………………32题目描述与要求………………………………………………33课程设计报告内容……………………………………………33.1设计原理与思路……………………………………………33.2操作过程……………………………………………………43.3设计和调试过程中出现的问题及解决方法………………74设计总结和心得体会…………………………………………83一、课程设计目的使用VerilogHDL语言进行前端设计，并使用Quaruts软件在实验箱上实现仿真，实现硬件电子琴。电子琴要求有8个音阶，使用外部时钟信号32MHz，能同步显示音阶。二、课程设计题目描述和要求题目：简易电子琴的设计主要功能：（1）设计一个八音电子琴。（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。三、课程设计报告内容3.1设计原理与思路系统由数控分频器、乐曲存储模块以及发声模块组成。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。乐曲存储模块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。由发声模块产生音符对应的频率的信号来使扬声器发音。（1）模块automusic4模块automsic由auto信号来选择发声的方式，auto=0时系统自动播放内置的音乐，auto=1时由键盘来手动演奏音乐。（2）模块TONE模块Tone是音阶发生器，当8位发声控制输入Index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，作为获得该音阶的分频预置值；同时由Code输出对应该音阶简谱的显示数码，如‘5’，并由High输出指示音阶高8度显示。（3）模块Speaker模块Speaker中的主要电路是一个数控分频器，它由一个初值可预置的加法计数器构成，当模块Speaker由端口Tone获得一个2进制数后，将以此值为计数器的预置数，对端口Clk12MHZ输入的频率进行分频，之后由Spkout向扬声器输出发声。3.2操作过程新建工程5添加模块查找对应芯片6调试程序波形仿真生成逻辑图7设置管脚3.3设计和调试过程中出现的问题及解决方法在初次编写分频模块时候，使用的是比较基本的计数器分频法，编写程序后在modelsim软件中进行了仿真，发现无法观察到分频情况。经过分析，原因是由于分频比过大，因此在波形图中很难观察到。而且由于预分频的占空比很小，8更难以观察到高电平。在原因找到后，为了考察程序的性能，我们将输入频率减小。同时适当缩小分频比，这样就得到了模块仿真中的分频波形。四、设计总结和心得体会通过这次课程设计发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个实验十分有意义我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，，也从中得知了很多书本上无法得知的知识。学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。参考文献：(五号，宋体加粗)［1］潘松，《EDA实用教程》，科学出版社，2004年附录：（源程序）moduletop(clk32MHz,handTOauto,code1,index1,high1,spkout);inputclk32MHz,handTOauto;//32MHz系统时钟,键盘输入/自动演奏input[7:0]index1;//键盘输入信号output[6:0]code1;//音符显示信号outputhigh1,spkout;//高低音节信号,音频信号wire[10:0]tone;wire[7:0]indx;automusicu0(.clk(clk32MHz),.index2(index1),.index0(indx),.auto(handTOauto));toneu1(.index(indx),.tone0(tone),.code(code1),.high(high1));9speakeru2(.clk1(clk32MHz),.tone1(tone),.spks(spkout));Endmodulemoduleautomusic(clk,auto,index2,index0);//实现自动演奏功能。inputclk,auto;//系统时钟；键盘输入/自动演奏input[7:0]index2;//键盘输入信号output[7:0]index0;//音符信号输出reg[7:0]index0;reg[4:0]count0;regclk2;reg[22:0]count;always@(clk,auto)//此过程完成对系统时钟8M的分频，得到4Hz的信号clk2beginif(auto)begincount=23'd0;clk2=1'b1;endelseif(clk)begincount=count+1'b1;if(count==23'd4000000)clk2=1'b1;elseif(count==23'd8000000)beginclk2=1'b0;count=23'd0;endendendalways@(posedgeclk2)//此过程完成自动演奏部分曲的地址累加beginif(count0==5'd31)count0=5'd0;elsecount0=count0+1'b1;endalways@(count0,auto,index2)beginif(!auto)case(count0)//此case语句：存储自动演奏部分的曲5'd0:index0=8'b00000100;//35'd1:index0=8'b00000100;5'd2:index0=8'b00000100;105'd3:index0=8'b00000100;5'd4:index0=8'b00010000;//55'd5:index0=8'b00010000;5'd6:index0=8'b00010000;5'd7:index0=8'b00100000;//65'd8:index0=8'b10000000;//85'd9:index0=8'b10000000;5'd10:index0=8'b10000000;5'd11:index0=8'b00000100;5'd12:index0=8'b00000010;//25'd13:index0=8'b00000010;5'd14:index0=8'b00000001;//15'd15:index0=8'b00000001;5'd16:index0=8'b00010000;//55'd17:index0=8'b00010000;5'd18:index0=8'b00001000;//45'd19:index0=8'b00001000;5'd20:index0=8'b00001000;5'd21:index0=8'b00000100;5'd22:index0=8'b00000010;5'd23:index0=8'b00000010;5'd24:index0=8'b00010000;5'd25:index0=8'b00010000;5'd26:index0=8'b00001000;5'd27:index0=8'b00001000;5'd28:index0=8'b00000100;5'd29:index0=8'b00000100;5'd30:index0=8'b00000010;5'd31:index0=8'b00000010;default:;endcaseelseindex0=index2;//键盘输入音符信号输出endEndmodulemoduletone(index,code,high,tone0);//音阶发生器程序。input[7:0]index;//音符输入信号output[6:0]code;//音符显示信号outputhigh;//高低音显示信号output[10:0]tone0;//音符的分频系数reghigh;11reg[6:0]code;reg[10:0]tone0;always@(index)//此过程完成音符到音符的分频系数译码，音符的显示，高低音阶begincase(index)8'b00000001:begintone0=11'd773;code=6'b1001111;high=1'b1;end8'b00000010:begintone0=11'd912;code=6'b0010010;high=1'b1;end8'b00000100:begintone0=11'd1116;code=6'b1001100;high=1'b1;end8'b00010000:begintone0=11'd1197;code=6'b0100100;high=1'b1;end8'b00100000:begintone0=11'd1290;code=6'b0100000;high=1'b0;end8'b01000000:begintone0=11'd1372;code=6'b0001111;high=1'b0;end8'b10000000:begintone0=11'd1410;code=6'b0000000;high=1'b0;enddefault:begintone0=11'd2047;code=6'b0000001;high=1'b0;endendcaseendendmodulemodulespeaker(clk1,tone1,spks);//实现数控分频inputclk1;//系统时钟input[10:0]tone1;//音符分频系数outputspks;//驱动扬声器的音频信号reg[10:0]tone2;regspks;regpreclk,fullspks,count2;reg[3:0]count;reg[10:0]count11;always@(posedgeclk1)//此过程对系统时钟进行4分频begincount=count+1'b1;if(count==4'h2)preclk=1'b1;elseif(count==4'h4)beginpreclk=1'b0;count=4'h0;endendalways@(posedgepreclk)//此过程按照tone1输入的分频系数对8MHz的脉冲再次分频，12得到所需要的音符频率beginif(count11tone1)begincount11=count11+1;fullspks=1'b1;endelsebegincount11=0;fullspks=1'b0;endendalways@(posedgefullspks)//此进程对fullspks进行2分频begincount2=~count2;if(count2)spks=1'b1;elsespks=1'b0;endEndmodule