基于FPGA的音樂硬件演奏電路設計與實現

3 系統的方案實現

3.1 各模塊仿真及描述

notetabs作為音符rom的地址發生器，此模塊中設置了一個8位2進制計數器，頻率為4hz,即為4個音符一秒時間四四拍的4分音符。notetabs計數器計數器按4hz時鐘頻率做加法計數，當stop為高電平時停止加法運算，而當change可設置rom中數據的跳轉，rom通過toneindex[30]端口輸向tonetaba模塊。樂曲就演奏起來了。

由圖6 sperkera仿真波形可以看出，當clk輸入時鐘頻率為12mhz時，輸出端信號clk輸出的頻率，隨tong信號的不同，輸出不同頻率的聲音信號。

由圖7tonetaba信號的仿真波形，可以看出，當輸入信號index[30]輸入不同信號值，code輸出端輸出音符的顯示，high為音符高位信號，tone大于7時high為高電平。

圖8為notetabs仿真波形，當clk輸入時鐘信號，toneindex[30]端從rom中讀入音符數據，當輸入端口stop為“1”時，暫停從rom中讀入數據，stop為“0”繼續讀取音符信號，change為高低電平時，模塊分別讀取rom不同位置的數據。

3.2 頂層電路仿真及描述

clk8hz端輸入8hz時鐘信號，另一個clk12mhz輸入12mhz時鐘信號，系統將自動從music.mif中讀取音符信號，以頻率不同輸出到spkout,同時輸出到顯示端口，和高音端口，code1[30],high1.p端口可以是音符暫停輸出(高電平時)，ch端口控制歌曲間的切換。

4 硬件測試及說明

選擇實驗電路模式1,將引腳鎖定時clk12mhz于clock9連接，短路帽clock接12mhz.clk8hz與clock2連接。發音輸出spkout接speaker.簡譜碼輸出code1由數碼管5顯示，high高8度指示由發光管d5指示，p與按鍵d16連接，ch與的15連接。最后向目標芯片下載適配后的sof邏輯設計文件。

5 結論

本次設計在EDA開發工具QuartusII平臺上，應用語言層次化和模塊化的設計方法，通過音符編碼的設計思想，預先定制樂曲，在此基礎上設計了一個樂曲硬件演奏電路，經過對整體進行模塊化分析、編程、綜合、仿真及最終下載，完整實現簡易音樂器的播放功能。

通過學生自己手動完成簡單的數字器件的設計，在加強以傳統電子設計方法為基礎的工程設計訓練的同時，使學生能夠更快地掌握現代電子電路設計自動化的新方法和新手段，提高了學生對基礎實驗的興趣。