基于FPGA的音乐硬件演奏电路设计与实现

3 系统的方案实现

3.1 各模块仿真及描述

notetabs作为音符rom的地址发生器，此模块中设置了一个8位2进制计数器，频率为4hz,即为4个音符一秒时间四四拍的4分音符。notetabs计数器计数器按4hz时钟频率做加法计数，当stop为高电平时停止加法运算，而当change可设置rom中数据的跳转，rom通过toneindex[30]端口输向tonetaba模块。乐曲就演奏起来了。

由图6 sperkera仿真波形可以看出，当clk输入时钟频率为12mhz时，输出端信号clk输出的频率，随tong信号的不同，输出不同频率的声音信号。

由图7tonetaba信号的仿真波形，可以看出，当输入信号index[30]输入不同信号值，code输出端输出音符的显示，high为音符高位信号，tone大于7时high为高电平。

图8为notetabs仿真波形，当clk输入时钟信号，toneindex[30]端从rom中读入音符数据，当输入端口stop为“1”时，暂停从rom中读入数据，stop为“0”继续读取音符信号，change为高低电平时，模块分别读取rom不同位置的数据。

3.2 顶层电路仿真及描述

clk8hz端输入8hz时钟信号，另一个clk12mhz输入12mhz时钟信号，系统将自动从music.mif中读取音符信号，以频率不同输出到spkout,同时输出到显示端口，和高音端口，code1[30],high1.p端口可以是音符暂停输出(高电平时)，ch端口控制歌曲间的切换。

4 硬件测试及说明

选择实验电路模式1,将引脚锁定时clk12mhz于clock9连接，短路帽clock接12mhz.clk8hz与clock2连接。发音输出spkout接speaker.简谱码输出code1由数码管5显示，high高8度指示由发光管d5指示，p与按键d16连接，ch与的15连接。最后向目标芯片下载适配后的sof逻辑设计文件。

5 结论

本次设计在EDA开发工具QuartusII平台上，应用语言层次化和模块化的设计方法，通过音符编码的设计思想，预先定制乐曲，在此基础上设计了一个乐曲硬件演奏电路，经过对整体进行模块化分析、编程、综合、仿真及最终下载，完整实现简易音乐器的播放功能。

通过学生自己手动完成简单的数字器件的设计，在加强以传统电子设计方法为基础的工程设计训练的同时，使学生能够更快地掌握现代电子电路设计自动化的新方法和新手段，提高了学生对基础实验的兴趣。