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1、音乐流水灯目录一、绪论21.1设计目的21.2设计内容及要求2二、设计原理及方案32.1设计原理32.2设计方案3三、设计步骤53.1音乐流水灯模块53.216*16点阵及按键选择模块213.3音乐播放时间模块37四、设计结果49五、心得体会52六、参考文献53附录A管脚分配表54附录B动态时序仿真图5656音乐流水灯一、绪论1.1设计目的EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言完成设计文件，然
2、后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性。本课程设计通过Altera公司的QuartusII软件配合武汉凌特电子技术有限公司生产的LTE-SOPC-02FD型OPC实验开发系统来完成设计。通过此实验让我们进一步了解，熟悉和掌握CPLD/FPGA开发软件的使用方法及VHDL的编程方法。1.2设计内容及要求在本课程设计中使用Altera公司的EP2C35系列的EP2C35
3、F484C7-FPGA芯片，利用SOPC-NIOSII-EP2C35开发板上的资源，实现一个音乐流水灯。本设计的任务要求通过编程实现一段音乐旋律的循环播放，在音乐播放的过程中，流水灯根据旋律闪烁。扩展内容：1利用数码管显示播放时间2利用16*16点阵显示播放歌曲名称3利用4×4键盘阵列键盘实现播放歌曲的切换一、56音乐流水灯二、设计原理及方案2.1设计原理音乐流水灯主要是点缀公共场合的装饰品,音乐的播放和流水灯有节奏地闪烁,同时达到听觉和视觉的完美结合,成为构成其必不可少的条件。要了解如何产生不同音阶的音乐,
4、首先要对乐音的特性有所了解。乐音实际上是有固定频率的信号。在乐曲的构成中,乐音的频率和持续的时间是其构成的要素。音阶的各个频率可以通过高频时钟进行分频得到。音频的高低可以通过外部的ＬＥＤ灯的闪烁来显示,这样在音乐和流水灯的配合下可以使人产生强烈的节奏感。总原理框图如图2.1所示。图2.1原理框图2.2设计方案总体设计流程如下:56音乐流水灯（1）分频主要是通过一个可控分频器实现的。要得到不同频率的方波，就可以根据此频率计算出分频过程中需要计数的点数，从而通过改变可控分频器的计数初值，在达到计数最大值后对spk
5、端口的信号取反输出不同频率的方波。采用时钟的频率越高,分频系数越大,分频后的音阶频率就越准确。但同时由于分频系数大使用的计数单元增加,从而耗费更多的硬件逻辑单元,本次设计采用1MHZ的时钟信号。音阶频率表如表1所示，各音阶计数初值表如表2所示：音阶频率（Hz）音阶频率(Hz)低音1262中音2578低音2294中音3659低音3330中音5784低音5392中音6880低音6440高音11046低音7494高音21175中音1523高音31318表1音阶频率表音阶计数初值对应初始值低音101100000101
6、773低音201110010000912低音3100000011001036低音5100101011011197低音6101000010101290低音7101010111001372中音1101100000101410中音2101110010001480中音3110000001101542中音5110010101101622中音6110100001001668高音1110110000001728高音2110111000111763高音3111000000101794表2音阶初始值表56音乐流水灯(2)经过分
7、频后的信号是一个脉宽极窄的时钟信号,必须对其进行脉冲宽度调整,增大占空比,才能有效地驱动蜂鸣器。在脉冲宽度调整时会对此信号再次二分频,所以在计算时,以乐音音阶的二倍频率去求取在特定时钟信号下的分频系数,以便在调整占空比后得到正确的音阶频率。(3)乐曲的频率变化多端,对应的分频系数也不断变化,因此需要将播放的乐曲的分频系数事先存放在ＲＯＭ中便于读取。如果将分频系数直接作为存储码存放在寄存器中,势必会占有更大的容量。因此在这里选取索引值来作为存储码以减小容量。音阶索引表如表3所示：音阶低音1低音2低音3低音5索引
8、值1235音阶低音6低音7中音1中音2索引值6789音阶中音3中音5中音6高音1索引值10121315音阶高音2高音3索引值1617表3音阶索引表(4)开发平台上的ＬＥＤ灯数量有限,可以选用有规律的闪烁。本次设计流水灯依次点亮的方式来闪烁。三、设计步骤3.1音乐流水灯模块3.1.1基本原理56音乐流水灯我们知道，声音的频谱范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控制FPGA某个引脚输出一定频率的矩形波
