西南科技大学FPGA实验报告四2015

西南科技大学实验报告课程名称：FPGA实验名称：硬件电子琴电路设计姓名：学号:2012班级：电子12指导教师：西南科技大学信息工程学院制实验题目1、实验原理主系统由3个模块组成，例1是顶层设计文件，其内部有三个功能模块（如图1所示）：Speakera.v(例4)和ToneTaba.v(例3)，NoteTabs.v(例2)。模块ToneTaba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。模块Speakera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Speakera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。增加一个NoteTabs模块用于产生节拍控制（Index数据存留时间）和音阶选择信号，即在NoteTabs模块放置一个乐曲曲谱真值表，由一个计数器的计数值来控制此真值表的输出，而由此计数器的计数时钟信号作为乐曲节拍控制信号，从而可以设计出一个纯硬件的乐曲自动演奏电路。2、实验步骤分四步1、将待播放的《梁祝》音乐音符存入ROM：建立一个.txt的文本文件，将梁祝的音乐音乐音符数据写入，再将后缀名改为.coe文件。建立一个IPcore，名为MUSIC.将MUSIC.core添加到IPcore中。2、建立一个NoteTabs.V文件，从Music.v的ROM（只读存储器）读取数据，进行节拍控制，和音阶选择。经过仿真无误后进行下一步。3、建立div_50_12module，将50MHZ的时钟频率转化成12.5MHZ近似为12MHZ。4、建立div_50_4module，对50MHZ的时钟频率分频成4HZ。5、建立ToneTabamodule，获得该音阶的分频预置值，音阶简谱的显示数码，音阶高8度显示。6、建立Speakeramodule，获得分频预置值，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、实验结果及分析50ＭHZ分为12MHZ的代码：modulediv_50_12(clk_50M,clk_12MHZ,reset);inputclk_50M;inputreset;outputclk_12MHZ;reg[1:0]counter;regclk_12MHZ;always@(posedgeclk_50Mornegedgereset)if(!reset)counter=2'b000;elseif(counter==4)//分频预置数4，实际上的频率是12.5MHZcounter=2'b00;elsecounter=counter+1'b1;always@(posedgeclk_50Mornegedgereset)if(!reset)clk_12MHZ=1'b0;elsebeginif(counter==2'b11)clk_12MHZ=1'b1;elseclk_12MHZ=1'b0;endEndmodule仿真波形：分析：频率近似为12分频，因为在always中同一个变量counter的指不能被赋值两次，否则容易引起竞争冒险等问题。2、NoteTabs模块的测试，仿真波形如图所示：分析：因为梁祝音乐中写入的开头有1拍的‘3’，又因为是以1/4拍的形式存放在ROM里的，所以NoteTabs是4个1/4拍的’3’。3/4拍的’5’。附：仿真的testfixture文件moduletest_NoteTabs;regClk;wire[3:0]ToneIndex;NoteTabsuut(.Clk(Clk),.ToneIndex(ToneIndex));initialbeginClk=0;forever#10Clk=~Clk;//因为时钟是50MＨＺ，所以１／２Ｔ＝１０ｎｓendinitial#1000$stop;endmodule3、ToneTaba模块的仿真与测试仿真波形为：分析：可知当index=0001时，tone=1403d=01100000101b，符合要求，正确测试代码：moduleTestToneTaba;reg[3:0]Index;wire[3:0]Code;wireHigh;wire[10:0]Tone;ToneTabauut(.Index(Index),.Code(Code),.High(High),.Tone(Tone));initialbeginIndex=0;#50;Index=1;#30;Index=2;#20;Index=3;#100；endendmodule4、顶层模块的例化，然后进行综合，布局布线，生成课执行文件.bit文件，下载到板子上去。顶层模块代码：modulesonger(clk_50M,reset,Code1,High1,Spkout);inputclk_50M;//CLK=50MHZinputreset;output[3:0]Code1;outputHigh1,Spkout;wire[10:0]Tone;wire[3:0]ToneIndex;wireclk_4HZ,clk_12M;NoteTabsu0(.Clk(clk_4HZ),.ToneIndex(ToneIndex));ToneTabau1(.Index(ToneIndex),.Code(Code1),.High(High1),.Tone(Tone));Speakerau2(.Clk(clk_12M),.Tone(Tone),.SpkS(Spkout));div_50_12u3(clk_50M,clk_12M,reset);div_50_4HZu4(clk_50M,clk_4HZ,reset);endmodule4、实验思考题解答(实验指导书要求的思考题)1、答：输出的频率要在扬声器的工作频率范围内，输出的电流要能够直接驱动扬声器的正常工作2、答：将存储音符的ROM里面的内容改变，将notetabs里面的读取乐符数改变5、体会这是我第一次的实验成功，主要归结于自己平时下课后不停的摸索，预习。学会了自己编写激励文件，改变了原始的画波形方式。对于实验的波形观察也有了深刻的理解，但是我们所有的模块都是用的always语句，可以尝试一下用其他的语句实现同样的功能，增加我们对于语言使用的灵活性。