2022年杜永芳电子琴设计 .pdf

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1、河海大学计算机与信息学院（常州）课程设计报告题目 HDL 工程设计报告专业、学号自动化 0962510102 授课班号 278603 学生姓名杜永芳指导教师单鸣雷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 27 页完成时间 2011-12-29 课程设计（报告）任务书（理 工 科 类）、课程设计（报告）题目：电子琴设计、课程设计（论文）工作内容一、课程设计目标1、培养综合运用知识和独立开展实践创新地能力；2、深入学习 Verilog HDL, 了解其编程环境；3、学会运用 Modelsim 和 Quartus II 等编程仿真软件；

2、4、将硬件语言编程与硬件实物功能演示相结合,加深理解 Verilog HDL 地学习；二、研究方法及手段应用1、将任务分成若干模块 ,查阅相关论文资料 ,分模块调试和完成任务；2、遇到问题小组成员及时讨论得出解决方法；3、遇到本组内解决不了地问题,及时和其他小组交流或询问老师；4、程序仿真 ,仿真无问题后进行模块调试,根据实验箱上地硬件实现是否符合要求来检验程序正确与否 . 三、课程设计预期效果1、完成实验环境搭建；2、具有手动弹奏和自动播放功能；3、以按键（或开关）作为琴键,至少可以通过蜂鸣器输出7 个音阶；4、自动播放曲目至少两首；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳

3、总结 - - - - - - -第 2 页，共 27 页学生姓名：杜永芳专业年级： 09自动化摘要简易电子琴地设计通过通过软硬件结合实现,硬件系统包括主控器芯片、9个按键、 LED 、蜂鸣器等,软件资源包括编写Verilog HDL 程序地应用软件Modelsim 和仿真软件Quartus II.电子琴有按键代替琴键地弹奏功能和自动播放功能 .按键有七个音 ,自动播放功能中有三首曲子,分别是两只老虎、天空之城和康定情歌.程序共有五个模块 ,分别为主模块、琴键模块、曲1 模块、曲 2模块、曲 3 模块.硬件实现是用三个LED 灯组合亮暗分别表示七个按键按下情况 ,另外两个按键用来选择曲目.实验箱

4、原始时钟为50MHz,分频后变成不同地频率输出 ,通过蜂鸣器输出不同频率地声音.音乐地节拍通过分频变为4Hz,作为 1/4拍.通过主模块调用各模块实现电子琴地功能. 【关键词】 Verilog HDL 电子琴模块分频精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 27 页ABSTRACT This article introduced the simple electric pianos design. It realizes through the software and hardware union. The hardware s

5、ystem includes a director, 9 keys, LEDs and a buzzer. The software design uses Verilog HDL. Emulation uses Quartus II. It can broadcast the system establishment the corresponding note, and can complete a military song the broadcast, but also has shows the sound the function. Designs the simple elect

6、ric piano to have in the hardware. The program has seven modules, including main module, fractional frequency module and so on. Keyboard with keys to play the function and replace the keys to play function. Key has seven sound, automatic playback function with three in song, were the two tiger , the

7、 sky city and kangding love songs. Software has its merit. It is perfect in the software Verilog HDL. The original frequency is divided into different frequencys. The piano makes sound by the buzzer with different frequencys. 【keywords 】Verilog HDL electric piano module fractional frequency 精选学习资料 -

8、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 27 页第一章系统设计第一节课题目标及总体方案本次工程设计课程地目标是让我们在学习Verilog HDL 地基础上更加深入地理解硬件设计语言地功能、作用及其特征, 并且将我们地动手能力与创新能力结合起来 . 本次电子琴实验地目标是：1、具有手动弹奏和自动播放功能；2、以按键（或开关）作为琴键,至少可以通过蜂鸣器输出7 个音阶；3、自动播放曲目至少两首；本次实验地方框图为：（每个模块中都有分频）主模块九个键Key1 到Key7 用于弹奏Key8 与Key9（mm）用于选择歌曲mm=00 按键模块Key1 到

9、Key7 模块名digital_piano mm=01 曲目 1两只老虎模块名 bell mm=10 曲 目2 康定情歌模块名 bell2 mm=11 曲目 3天空之城精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 27 页第二节设计框图说明一、主模块主模块中用 mm=(key8,key9)值地不同选择调用不同模块,mm=01 调用曲目 1模块, 即bell 模块； mm=10 调用曲目 2模块, 即bell2 模块； mm=11 调用曲目 3模块, 即bell3 模块；而在key8与key9没有被按下地情况下 , 程序调用按键模块,

10、即digital_piano模块module main(inclk,outclk,key1,key2,key3,key4,key5,key6,key7,key8,key9,num)。input inclk。input key1,key2,key3,key4,key5,key6,key7,key8,key9。output outclk。output3:0num。reg outclk,clk_6M。reg 3:0c。wire out1,out2,out3,out4。wire8:0 key。reg 1:0mm 。assign key = key1,key2,key3,key4,key5,key6,k

11、ey7,key8,key9。 /由按键拼键为变量 key / 调用子调块digital_piano m1(.inclk(inclk),.key1(key1),.key2(key2),.key3(key3),.key4(key4), .key5(key5),.key6(key6),.key7(key7),.beep2(out2),.num(num)。bell m2(.inclk(inclk),.beep1(out1)。bell2 m3(.inclk(inclk),.beep3(out3)。bell3 m4(.inclk(inclk),.beep4(out4)。精选学习资料 - - - - - -

12、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 27 页always (posedge clk_6M) /在时钟地上升沿检测是否有按键按下begin if(key = 9b111111110) mm = 2b01。else if(key=9b111111101) mm = 2b10。else if(key=9b111111100) mm = 2b11。else mm = 2b00 。end always(posedge inclk) begin if(c4d4) c=c+4d1。 else begin c=4d0。 clk_6M=clk_6M。 end end alway

13、s (posedge clk_6M) begin if(mm = 2b01) outclk = out1。else if(mm = 2b00) outclk = out2。else if(mm = 2b10) outclk = out3。else outclk = out4。end endmodule 二、按键模块Key1到key7对应do到si 七个音 , 用于模拟电子琴弹奏/digital_piano子模块module digital_piano(inclk,key1,key2,key3,key4,key5,key6,key7,beep2,num)。input inclk,key1,key

14、2,key3,key4,key5,key6,key7。output3:0num。output beep2 。wire 6:0 key_code。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 27 页reg 3:0c。reg clk_6M 。reg beep_r 。reg 3:0num。reg 15:0 count。reg 15:0 count_end。parameter Do = 7b1111110, /状态机地 7个编码 , 分别对应中音地 7个音符re = 7b1111101, mi = 7b1111011, fa = 7b111

15、0111, so = 7b1101111, la = 7b1011111, si = 7b0111111。assign key_code = key7,key6,key5,key4,key3,key2,key1。assign beep2 = beep_r。 /输出音乐always(posedge inclk) begin if(c4d4) c=c+4d1。 else begin c=4d0。 clk_6M=clk_6M。 end end always(posedge clk_6M) /分频模块 , 得出乐谱begin count = count + 16d1。/ 计 数 器加1 if(coun

16、t = count_end) begin count =16d0 。 /计 数器清零beep_r = !beep_r。end end always(posedge clk_6M) /状态机 , 根据按键状态 ,选择不同地音符输出begin 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 27 页case(key_code) Do: count_end = 16d11450。re: count_end = 16d10204。mi: count_end = 16d09090。fa: count_end = 16d08571。so: coun

17、t_end = 16d07802。la: count_end = 16d06802。si: count_end = 16d06060。default:count_end = 16d0。endcase end always (posedge clk_6M) begin case(key_code) Do: num=4b0001。re: num=4b0010。mi: num=4b0011 。fa: num=4b0100 。so: num=4b0101 。la: num=4b0110 。si: num=4b0111 。endcase end endmodule 二、曲目1模块/bell子模块 两只老

18、虎module bell (inclk,beep1)。input inclk。 /系统时钟output beep1 。 /蜂鸣器输出端reg 3:0high,med,low。reg 15:0origin。reg beep_r 。 /寄存器reg 7:0state。reg 15:0count。assign beep1=beep_r 。 /输出音乐/ 时钟频率 6MHz reg clk_6MHz 。reg 2:0 cnt1。always(posedge inclk) begin if(cnt13d4) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9

19、 页，共 27 页cnt1=cnt1+3b1 。 else begin cnt1=3b0 。clk_6MHz=clk_6MHz 。end end / 时钟频率 4MHz reg clk_4Hz 。reg 24:0 cnt2。always(posedge inclk) begin if(cnt225d6250000) cnt2=cnt2+25b1 。 else begin cnt2=25b0 。clk_4Hz=clk_4Hz 。end end always (posedge clk_6MHz) begin count = count + 1b1。 /计数器加 1 if(count = origi

20、n) begin count = 16h0。 /计 数 器清零beep_r = !beep_r。 /输 出 取反end end always(posedge clk_4Hz) begin case(high,med,low) 12b000000010000:origin=11466。/mid1 12b000000100000:origin=10216。/mid2 12b000000110000:origin=9101。/mid3 12b000001000000:origin=8590。/mid4 12b000001010000:origin=7653。/mid5 12b000001100000

21、:origin=6818。/mid6 12b000000000101:origin=14447。/low5 endcase 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 27 页end always (posedge clk_4Hz) / 歌曲 begin if(state =63) state = 0。/ 计时, 以实现循环演奏else state = state + 1。case(state) 0,1: high,med,low=12b000000010000。/mid1 2,3: high,med,low=12b0000001

22、00000。/mid2 4,5: high,med,low=12b000000110000。/mid3 6,7: high,med,low=12b000000010000。/mid1 8,9: high,med,low=12b000000010000。/mid1 10,11: high,med,low=12b000000100000。/mid2 12,13: high,med,low=12b000000110000。/mid3 14,15: high,med,low=12b000000010000。/mid1 16,17: high,med,low=12b000000110000。/mid3

23、18,19: high,med,low=12b000001000000。/mid4 20,21,22,23: high,med,low=12b000001010000。/mid5 24,25: high,med,low=12b000000110000。/mid3 26,27: high,med,low=12b000001000000。/mid4 28,29,30,31: high,med,low=12b000001010000。/mid5 32: high,med,low=12b000001010000。/mid5 33: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

24、 - - - - -第 11 页，共 27 页high,med,low=12b000001100000。/mid6 34: high,med,low=12b000001010000。/mid5 35: high,med,low=12b000001000000。/mid4 36,37: high,med,low=12b000000110000。/mid3 38,39: high,med,low=12b000000010000。/mid1 40: high,med,low=12b000001010000。/mid5 41: high,med,low=12b000001100000。/mid6 42

25、: high,med,low=12b000001010000。/mid5 43: high,med,low=12b000001000000。/mid4 44,45: high,med,low=12b000000110000。/mid3 46,47: high,med,low=12b000000010000。/mid1 48,49: high,med,low=12b000000100000。/mid2 50,51: high,med,low=12b000000000101。/low5 52,53,54,55: high,med,low=12b000000010000。/mid1 56,56: h

26、igh,med,low=12b000000100000。/mid2 57,58: high,med,low=12b000000000101。/low5 59,60,61,62,63: high,med,low=12b000000010000。/mid1 default : high,med,low=12bx。endcase end endmodule 三、曲目2模块/bell2子模块康定情歌module bell2 (inclk,beep3)。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 27 页input inclk。 /系统时钟

27、output beep3 。 /蜂鸣器输出端reg 3:0high,med,low。reg 15:0origin。reg beep_r 。 /寄存器reg 7:0state。reg 15:0count。assign beep3=beep_r 。 /输出音乐/ 时钟频率 6MHz reg clk_6MHz 。reg 2:0 cnt1。always(posedge inclk) begin if(cnt13d4) cnt1=cnt1+3b1 。 else begin cnt1=3b0 。clk_6MHz=clk_6MHz 。end end / 时钟频率 4MHz reg clk_4Hz 。reg

28、24:0 cnt2。always(posedge inclk) begin if(cnt225d6250000) cnt2=cnt2+25b1 。 else begin cnt2=25b0 。clk_4Hz=clk_4Hz 。end end always (posedge clk_6MHz) begin count = count + 1b1。 /计数器加 1 if(count = origin) begin count = 16h0。 /计 数 器清零beep_r = !beep_r。 /输 出 取精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

29、13 页，共 27 页反end end always(posedge clk_4Hz) begin case(high,med,low) b000000000001:origin=22900。 / 低1 b000000000010:origin=20408。 / 低2 b000000000011:origin=18181。 / 低3 b000000000101:origin=15267。 / 低5 b000000000110:origin=13605。 / 低6 b000000000111:origin=11472。 / 中1 b000000100000:origin=10216。 / 中2

30、b000000110000:origin=9101。 /中3 b000001010000:origin=7653。 /中5 b000001100000:origin=6818。 /中6 b000100000000:origin=5733。 /高1 b001000000000:origin=5108。 /高2 b001100000000:origin=4551。 /高3 endcase end always (posedge clk_4Hz) begin if(state =103) state = 0。else state = state + 1。 /康定情歌case(state) 0,1:

31、high,med,low=b000000110000。/ 中3 2,3: high,med,low=b000001010000。/ 中5 4,5: high,med,low=b000001100000。/ 中6 6: high,med,low=b000001100000。/ 中6 7: high,med,low=b000001010000。/中5 8,9,10: high,med,low=b000001100000。/ 中6 11: high,med,low=b000000110000。/ 中3 12,13,14,15: high,med,low=b000000100000。/中2 精选学习资

32、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 27 页16,17: high,med,low=b000000110000。/ 中3 18,19: high,med,low=b000001010000。/ 中5 20,21: high,med,low=b000001100000。/中6 22: high,med,low=b000001100000。/ 中6 23: high,med,low=b000001010000。/ 中5 24,25: high,med,low=b000001100000。/ 中6 26,27,28,29,30,31:hi

33、gh,med,low=b000000110000。/中3 32,33: high,med,low=b000000110000。/ 中3 34,35: high,med,low=b000001010000。/ 中5 36,37: high,med,low=b000001100000。/ 中6 38: high,med,low=b000001100000。/ 中6 39: high,med,low=b000001010000。/中5 40,41,42: high,med,low=b000001100000。/ 中6 43: high,med,low=b000000110000。/ 中3 44,45

34、,46,47: high,med,low=b000000100000。/中2 48,49: high,med,low=b000000000101。/ 中5 50,51: high,med,low=b000000110000。/ 中3 52: high,med,low=b000000100000。/ 中2 53: high,med,low=b000000110000。/ 中3 54: high,med,low=b000000100000。/ 中2 55: high,med,low=b000000000111。/1 56,57: high,med,low=b000000100000。/ 中2 精选

35、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 27 页58,59,60,61,62,63:high,med,low=b000000000110。/低6 64,65: high,med,low=b000001100000。/ 中6 66,67,68,69,70,71:high,med,low=b000000100000。/ 中2 72,73: high,med,low=b000000000101。/ 中5 74,75,76,77,78,79:high,med,low=b000000110000。/中3 80: high,med,low=b

36、000000100000。/中2 81: high,med,low=b000000000111。/1 82,83,84,85,86,87:high,med,low=b000001100000。/中6 88,89: high,med,low=b000000000101。/ 中5 90,91: high,med,low=b000000110000。/ 中3 92: high,med,low=b000000100000。/ 中2 93: high,med,low=b000000110000。/ 中3 94: high,med,low=b000000100000。/ 中2 95: high,med,l

37、ow=b000000000111。/1 96,97: high,med,low=b000000100000。/ 中2 98,99,100,101,102,103:high,med,low=b000001100000。/ 中6 endcase end endmodule 四、曲目3模块/bell3子模块天空之城module bell3 (inclk,beep4)。input inclk。 /系统时钟output beep4 。 /蜂鸣器输出端reg 3:0high,med,low。reg 15:0origin。reg beep_r 。 /寄存器reg 7:0state。精选学习资料 - - -

38、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 27 页reg 15:0count。assign beep4=beep_r 。 /输出音乐/ 时钟频率 6MHz reg clk_6MHz 。reg 2:0 cnt1。always(posedge inclk) begin if(cnt13d4) cnt1=cnt1+3b1 。 else begin cnt1=3b0 。clk_6MHz=clk_6MHz 。end end / 时钟频率 4MHz reg clk_4Hz 。reg 24:0 cnt2。always(posedge inclk) begin if(c

39、nt225d6250000) cnt2=cnt2+25b1 。 else begin cnt2=25b0 。clk_4Hz=clk_4Hz 。end end always (posedge clk_6MHz) begin count = count + 1b1。 /计数器加 1 if(count = origin) begin count = 16h0。 /计 数 器清零beep_r = !beep_r。 /输 出 取反end end always(posedge clk_4Hz) begin case(high,med,low) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

40、 - - - - - - -第 17 页，共 27 页 b000000000001:origin=22900。 /低1 b000000000010:origin=20408。 /低2 b000000000011:origin=18181。 / 低3 b000000000100:origin=17142。 / 低4 b000000000101:origin=15267。 / 低5 b000000000110:origin=13605。 / 低6 b000000000111:origin=12121。 / 低7 b000000000111:origin=11472。 / 中1 b000000100

41、000:origin=10216。 / 中2 b000000110000:origin=9101。 /中3 b000000111000:origin=8571。 /中4 b000001010000:origin=7653。 /中5 b000001100000:origin=6818。 /中6 b000010000000:origin=6060。 /中7 b000100000000:origin=5733。 /高1 b001000000000:origin=5108。 /高2 b001100000000:origin=4551。 /高3 b001010000000:origin=4294。 /高

42、4 b010000000000:origin=3826。 /高5 b011000000000:origin=3409。 /高6 b010100000000:origin=3050。 /高7 endcase end always (posedge clk_4Hz) begin if(state =195)state = 0。else state = state + 1。 /kang ding qing ge case(state) 0: high,med,low=b000001100000。/ 中6 1: high,med,low=b000010000000。/ 中7 2,3,4: high,m

43、ed,low=b000100000000。/ 高1 5: high,med,low=b000010000000。/ 中7 6,7: high,med,low=b000100000000。/ 高1 8,9: high,med,low=b001100000000。/ 高3 10,11,12,13,14,15: high,med,low=b000010000000。/ 中7 16,17: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 27 页high,med,low=b000000110000。/ 中3 18,19,20: high,me

44、d,low=b000001100000。/ 中6 21: high,med,low=b000001010000。/ 中5 22,23: high,med,low=b000001100000。/ 中6 24,25: high,med,low=b000000000111。/ 中1 26,27,28,29,30,31: high,med,low=b000001010000。/ 中5 32: high,med,low=b000000110000。/ 中3 33: high,med,low=b000000110000。/ 中3 34,35,36: high,med,low=b000000111000。/

45、 中4 37: high,med,low=b000000110000。/ 中3 38: high,med,low=b000000111000。/ 中4 39,40,41: high,med,low=b000100000000。/ 高1 42,43,44: high,med,low=b000000110000。/ 中3 45,46,47: high,med,low=b000100000000。/ 高1 48,49,50: high,med,low=b000010000000。/中7 51,52,53: high,med,low=b000000111000。/ 中4 54,55,56,57,58,

46、59,60,61: high,med,low=b000010000000。/ 中7 62: high,med,low=b000001100000。/ 中6 63: high,med,low=b000010000000。/ 中7 64,65,66: high,med,low=b000100000000。/ 高1 67: high,med,low=b010100000000。/ 高7 68,69: high,med,low=b000100000000。/ 高1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 27 页70,71: high

47、,med,low=b001100000000。/ 高3 72,73,74: high,med,low=b000010000000。/ 中7 75,76: high,med,low=b000000110000。/ 中3 77,78,79: high,med,low=b000001100000。/ 中6 80: high,med,low=b000000000101。/ 中5 81,82: high,med,low=b000001100000。/ 中6 83,84: high,med,low=b000000000111。/中1 85,86,87,88,89,90: high,med,low=b000

48、001010000。/ 中5 91: high,med,low=b000000110000。/ 中3 92: high,med,low=b000000110000。/ 中3 93,94: high,med,low=b000000111000。/ 中4 95: high,med,low=b000100000000。/ 高1 96,97,98: high,med,low=b000010000000。/ 中7 99,100: high,med,low=b000100000000。/ 高1 101,102: high,med,low=b001000000000。/ 高2 103: high,med,l

49、ow=b001100000000。/ 高3 104,105,106,107,108,109: high,med,low=b000100000000。/ 高1 110: high,med,low=b000010000000。/ 中7 111,112: high,med,low=b000001100000。/ 中6 113,114: high,med,low=b000010000000。/ 中7 115,116: high,med,low=b000001010000。/中5 117,118,119,120,121,122: high,med,low=b000001100000。/ 中6 123,1

50、24: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 27 页high,med,low=b000000000111。/ 中1 125: high,med,low=b001000000000。/ 高2 126,127,128: high,med,low=b001100000000。/ 高3 129: high,med,low=b001000000000。/ 高2 130,131: high,med,low=b001100000000。/ 高3 132,133: high,med,low=b010000000000。/ 高5 134,1