数电综合实验报告--简易乐曲播放器

数电综合实验报告 --简易乐曲播放器学号 050065（31）班级 05102姓名王静摘要随着EDA技术的进展，基于可编程的数字电子系统设计的完整方案越来越受到人们的重视。

我们知道，组成乐曲的每个音符的发音频率值及其持续的时间是乐曲能连续演奏所需的2个基本要素，通过EDA工具和VHDL语言来控制这两个基本要素便可以实现一个简易的乐曲播放器了。

关键字: 乐曲播放器、VHDL、音频、节拍AbstractWith the progress of EDA technology, based on programmable digital electronic system design integrity programs are attracting increasing attention. We know that every note of music sounds frequency and duration of the value of music is able to perform the required two basic elements, through the EDA tools and VHDL language to control these two basic elements will be able to achieve a simple music player has.Key word: Music Player、VHDL、Audio frequency、metre一、设计任务要求设计制作一个简易乐曲播放器:1. 播放器内预存3 首乐曲；2. 播放模式：顺序播放、随机播放，并用数码管或LED 显示当前播放模式；顺序播放：按内部给定的顺序依次播放3 首乐曲；随机播放：随机产生一个顺序播放3 首乐曲；3. 用数码管显示当前播放乐曲的顺序号；4. 设置开始/暂停键，乐曲播放过程中按该键则暂停播放，再按则继续播放；5. 设置Next 和Previous 键，按Next 键可以听下一首，按Previous 键回到本首开始；6. 选做：用户可以自行设定播放顺序，设置完成后，播放器按该顺序依次播放乐曲；7. 选做：自拟其它功能。

二、设计思路对于音调，乐曲的12平均率规定：每2个八度音之间的频率相差1倍。

在2个八度音之间，又可分为12个半音，每2个半音的频率比为12√2。

另外，音符A的频率为440Hz，音符B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。

由此可以计算出简谱中从低音1到高音1之间每个音符的频率。

而对于节拍，如果将一拍的长度定为1秒，则1/4拍的时间为1/4秒，为其提供一个4Hz的时钟频率即可产生出1/4拍的效果了。

若需要半拍，只需将该音符记录两次就可以了。

对于以上设计，实际上本次实验使用的是MAX7000S的实验板，最大时钟频率为1MHz，故用1M除以每个音调对应的频率便得到其分频比率。

三、总体结构框图图1—简易乐曲播放器总体结构框图四、流程图图2—简易音乐播放器流程图五、分块电路设计图3—分块电路（音调分频器）设计图六、所实现功能说明1、已完成的基本功能和扩展功能基本功能：①播放器内预存了3首乐曲：小星星、雪绒花、童话；②播放模式：当第一个拨段开关为0时为顺序播放，相应的彩灯熄灭；当其为1时为随机播放，相应的彩灯点亮；③在任何时间第一个数码管都将显示当前播放乐曲的顺序号；④第八个拨段开关为开始/暂停键，乐曲播放过程中该键置1则暂停播放，置0则继续播放；⑤BTN2键为Next键，BTN3键为Previous键，按Next键可以听下一首，按Previous键回到本首开始；扩展功能：①剩余的七个彩灯将随着相应音调的变化而闪烁;②BTN4键为Last键，按Last键可以听上一首。

2、器件的资源占用情况3、所用元器件EPM7128SLC84-15实验板一块4、仿真波形图七、实验总结及心得1、刚开始做分频器时，设计为需要某个音调的时候做其相应的分频，但后来发现这样做太占用资源。

参考一些资料后，改良为直接使用一个底层，定义一个变量Tone来控制分频，当Tone为某个值时，输出为其相应的分频（分1MHz）。

这样使得资源占用情况得到了大大的改善。

2、实验前对整体的把握不够完善，做了一部分后，做另一部分时，发现又要在之前的程序里面做修改，这样使得程序有了些不完善的地方。

在以后的学习中要重视在实验前对实验整体的思考与把握。

3、在做暂停/播放、上一首、下一首、本首重放、顺序播放、随机播放这些功能时，开始一直想着将某些功能嵌套在其他功能中，始终不得其法。

后来想到在实现这些功能时板子上的相应的按键的状态是各不相同的，所以可以根据这个状态的不同来实现这些功能。

4、原本将三首歌写入三个底层，在顶层用if语句调用各个底层，可是发现在顶层不能用if语句下实现元件例化。

可是又找不到好的解决方法，最后只能将三首歌的播放程序写到一个底层文件下，通过其状态计数器来实现各个功能。

5、程序编完后，发现资源占用过多，无法通过编译，这是因为歌曲编得过长了，删减一些后，编译通过，占用为90%。

再加入彩灯闪烁功能，最终占用为97%。

6、刚开始根据课件上给的音符与频率的关系，确定相应的频率，后来发现下载后的旋律不对，后把顺序修改，音符越高，频率越低，这样播发的音乐才正确。

八、完整源程序************顶层文件Songer************LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY Songer ISPORT(CLK1MHZ :IN STD_LOGIC; --主频1MCAIDENG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); --彩灯功能PP : IN STD_LOGIC; --暂停或播放SHOW : OUT STD_LOGIC; --播放模式显示NEXTONE : IN STD_LOGIC; --下一首LASTONE : IN STD_LOGIC; --上一首PREVIOUS : IN STD_LOGIC; --本首重来SPKOUT: OUT STD_LOGIC; --音频输出MODE : IN STD_LOGIC; --播放模式SEG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); --歌曲序号显示CAT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);第几个数码管显示歌曲序号STOP: IN STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE one OF Songer ISCOMPONENT NoteTabsPORT ( clk: IN STD_LOGIC;ToneIndex: OUT INTEGER RANGE 0 TO 15;PP : IN STD_LOGIC;NEXTONE : IN STD_LOGIC; --下一首LASTONE : IN STD_LOGIC; --上一首PREVIOUS : IN STD_LOGIC; --本首重来MODE : IN STD_LOGIC;RANDOM: IN STD_LOGIC;SHOW : OUT STD_LOGIC;SEG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0));END COMPONENT;COMPONENT ToneTabaPORT ( Index: IN INTEGER RANGE 0 TO 15;CAIDENG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);Tone : OUT INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF#――分频系数);END COMPONENT;COMPONENT SpeakeraPORT(clk:IN STD_LOGIC;Tone:IN INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF#;SpkS:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL Tone : INTEGER RANGE 0 TO 16#7FF#;SIGNAL ToneIndex :INTEGER RANGE 0 TO 15;SIGNAL T:STD_LOGIC; --分频信号CONSTANT LENGTH:POSITIVE:=8;CONSTANT TAP1:POSITIVE:=8;CONSTANT TAP2:POSITIVE:=4;SIGNAL PRBS:STD_LOGIC;SIGNAL PRREG:STD_LOGIC_VECTOR(LENGTH DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK1MHZ) --T分1M频为4Hz V ARIABLE C:INTEGER RANGE 0 TO 124999;BEGINIF(CLK1MHZ'EVENT AND CLK1MHZ='1')THENIF(C=124999)THENC:=0;T<=NOT T;ELSEC:=C+1;END IF;END IF;END PROCESS;process(T,STOP) --产生一个伪随机信号beginif STOP='1' thenprreg<=(others=>'0');prreg(0)<='1';elsif T'event and T='1' thenprreg<=(prreg((length-1)downto 0)&(prreg(tap1)xor prreg(tap2)));end if;end process;prbs<=prreg(length); --prbs随机为0或1CA T<="011111"; --之让第一个7段数码管显示歌曲序号u1: NoteTabs PORT MAP(clk=>T,MODE=>MODE,SHOW=>SHOW, ToneIndex => ToneIndex,RANDOM=>PRBS,SEG=>SEG,PP=>PP,NEXTONE=>NEXTONE,LASTONE=>LASTONE,PR EVIOUS=>PREVIOUS);u2: ToneTaba PORT MAP(Index=>ToneIndex, Tone=>Tone,CAIDENG=>CAIDENG);u3: Speakera PORT MAP(clk=>CLK1MHZ,Tone=>Tone ,SpkS=>SPKOUT);END;***************************************************底层文件NoteTabs*************LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY NoteTabs ISPORT ( clk :IN STD_LOGIC; --4HzToneIndex : OUT INTEGER RANGE 0 TO 15; --音调PP : IN STD_LOGIC; --播放或暂停NEXTONE : IN STD_LOGIC; --下一首LASTONE : IN STD_LOGIC; --上一首PREVIOUS : IN STD_LOGIC ; --本首重来MODE : IN STD_LOGIC; --播放模式SHOW :OUT STD_LOGIC; --播放模式显示SEG:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);--7段数码管输出RANDOM: IN STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE one OF NoteTabs ISSIGNAL Counter : INTEGER RANGE 0 TO 152;BEGINCNT8: PROCESS(clk,PP,MODE, RANDOM,NEXTONE,LASTONE,PREVIOUS)BEGINIF(clk'EVENT AND clk='1') THENIF( NEXTONE='0' AND LASTONE='0' AND PREVIOUS='0' AND MODE='0' AND PP='0' ) THEN --顺序播放模式下SHOW<='0'; --灯灭IF Counter=152 THEN Counter <=0;ELSE Counter<=Counter+1;END IF;ELSIF (NEXTONE='0' AND LASTONE='0' AND PREVIOUS='0' AND MODE='1'AND PP='0' )THEN --随机播放模式下SHOW<='1'; --灯亮IF Counter=47 THEN --每首歌完后，如果随机信号为0则播放下一首歌IF RANDOM='0' THEN Counter<=48; --如果为1，则播放前一首歌。