使用FPGA產(chǎn)生電子音樂實驗
時間：2024-06-02 10:57:02
一、 實驗?zāi)康?/span>
1、 了解普通揚聲器的工作原理。
2、 使用FPGA產(chǎn)生不同的音樂頻率。
3、 進(jìn)一步體驗FPGA的靈活性。
二、 實驗原理
本實驗是完成一小段音樂程序的開發(fā)，然后再用揚聲器進(jìn)行試聽。下面主要介紹一下完成本實驗的幾個主要部分的工作原理。
音符的產(chǎn)生：音符的產(chǎn)生是利用計數(shù)器對輸入的時鐘信號進(jìn)行分頻，然后輸出不同的頻率來控制揚聲器發(fā)不同的聲音。計數(shù)器必須是?？勺兊挠嫈?shù)器，也就是其初始計數(shù)值可變，這樣便可以對其進(jìn)行初始化，使其從不同的初始值開始計數(shù)，實現(xiàn)對輸入時鐘信號的不同分頻。
節(jié)拍的產(chǎn)生：節(jié)拍也是利用計數(shù)器來實現(xiàn)，如果某一個音符需要維持的時間比較長，那么就可以在此計數(shù)器從計數(shù)值A(chǔ)到計數(shù)值B之間都維持該音符，很顯然，A和B之間的間隔越大，那么該音符維持的時間也就越長。
樂譜的存儲：樂譜是一個固定的組合電路，根據(jù)不同的輸入值，然后輸出一個固定的值，該值就是音符產(chǎn)生計數(shù)器的分頻的初始值。
適當(dāng)?shù)倪x擇這些計數(shù)器和組合電路，便可完成不同的樂曲和不同節(jié)奏。
三、 實驗內(nèi)容
本實驗要求完成的任務(wù)是通過編程實現(xiàn)一段音樂旋律的循環(huán)播放。
四、 實驗步驟
1、 打開QUARTUSII軟件，新建一個工程。
2、 建完工程之后，再新建一個VHDL File，打開VHDL編輯器對話框。
3、 按照實驗原理和自己的想法，在VHDL編輯窗口編寫VHDL程序，用戶可參照光盤中提供的示例程序。
4、 編寫完VHDL程序后，保存起來。方法同實驗一。
5、 對自己編寫的VHDL程序進(jìn)行編譯并仿真，對程序的錯誤進(jìn)行修改。
6、 編譯仿真無誤后，根據(jù)用戶自己的要求進(jìn)行管腳分配。分配完成后，再進(jìn)行全編譯一次，以使管腳分配生效。
7、 根據(jù)實驗內(nèi)容用實驗導(dǎo)線將上面管腳分配的FPGA管腳與對應(yīng)的模塊連接起來。
如果是調(diào)用的本書提供的VHDL代碼，則實驗連線如下：
Clk：時鐘輸入信號，接1.5MHz的時鐘源。
Spk：輸出，接揚聲器部分的輸入端SPK。
8、 用下載電纜通過JTAG口將對應(yīng)的sof文件加載到FPGA中。觀察實驗結(jié)果是否與自己的編程思想一致。
五、 實驗結(jié)果與現(xiàn)象
以設(shè)計的參考示例為例，當(dāng)設(shè)計文件加載到目標(biāo)器件后，確認(rèn)信號連接線已正確連接，將數(shù)字信號源模塊CLOCK1的時鐘選擇為1.5MHz ，在實驗平臺上的音頻輸出模塊將會響起一段“梁祝”音樂的旋律。
六、 實驗報告
1、 了解樂曲節(jié)拍產(chǎn)生的過程，注意音符的節(jié)拍長短的變化是由什么控制的。
2、 熟悉音樂編程的過程，填入新的樂曲。
3、 試?yán)肍PGA的LPM-ROM將音樂旋律存放入ROM，然后再調(diào)用的形式編寫程序。
4、 繪出仿真波形圖，并加以說明。
